PHP程序中的文件锁、互斥锁、读写锁使用技巧解析


Posted in PHP onMarch 21, 2016

文件锁
全名叫 advisory file lock, 书中有提及。 这类锁比较常见,例如 mysql, php-fpm 启动之后都会有一个pid文件记录了进程id,这个文件就是文件锁。

这个锁可以防止重复运行一个进程,例如在使用crontab时,限定每一分钟执行一个任务,但这个进程运行时间可能超过一分钟,如果不用进程锁解决冲突的话两个进程一起执行就会有问题。

使用PID文件锁还有一个好处,方便进程向自己发停止或者重启信号。例如重启php-fpm的命令为

kill -USR2 `cat /usr/local/php/var/run/php-fpm.pid`
发送USR2信号给pid文件记录的进程,信号属于进程通信,会另开一个篇幅。

php的接口为flock,文档比较详细。先看一下定义,bool flock ( resource $handle , int $operation [, int &$wouldblock ] ).

  • $handle是文件系统指针,是典型地由 fopen() 创建的 resource(资源)。这就意味着使用flock必须打开一个文件。
  • $operation 是操作类型。
  • &$wouldblock 如果锁是阻塞的,那么这个变量会设为1.

需要注意的是,这个函数默认是阻塞的,如果想非阻塞可以在 operation 加一个 bitmask LOCK_NB. 接下来测试一下。

$pid_file = "/tmp/process.pid";
$pid = posix_getpid();
$fp = fopen($pid_file, 'w+');
if(flock($fp, LOCK_EX | LOCK_NB)){
  echo "got the lock \n";
  ftruncate($fp, 0);   // truncate file
  fwrite($fp, $pid);
  fflush($fp);      // flush output before releasing the lock
  sleep(300); // long running process
  flock($fp, LOCK_UN);  // 释放锁定
} else {
  echo "Cannot get pid lock. The process is already up \n";
}
fclose($fp);

保存为 process.php,运行php process.php &, 此时再次运行php process.php,就可以看到错误提示。flock也有共享锁,LOCK_SH.

互斥锁和读写锁
sync模块中的Mutex:
Mutex是一个组合词,mutual exclusion。用pecl安装一下sync模块, pecl install sync。 文档中的SyncMutex只有两个方法,lock 和 unlock, 我们就直接上代码测试吧。没有用IDE写,所以cs异常丑陋,请无视。

$mutex = new SyncMutex("UniqueName");

for($i=0; $i<2; $i++){
  $pid = pcntl_fork();
  if($pid <0){
    die("fork failed");
  }elseif ($pid>0){
    echo "parent process \n";
  }else{
    echo "child process {$i} is born. \n";
    obtainLock($mutex, $i);
  }
}

while (pcntl_waitpid(0, $status) != -1) { 
  $status = pcntl_wexitstatus($status); 
  echo "Child $status completed\n"; 
}

function obtainLock ($mutex, $i){
  echo "process {$i} is getting the mutex \n";
  $res = $mutex->lock(200);
  sleep(1);
  if (!$res){
    echo "process {$i} unable to lock mutex. \n";
  }else{
    echo "process {$i} successfully got the mutex \n";
    $mutex->unlock();
  }
  exit();
}

保存为mutex.php, run php mutex.php, output is

parent process 
parent process 
child process 1 is born. 
process 1 is getting the mutex 
child process 0 is born. 
process 0 is getting the mutex 
process 1 successfully got the mutex 
Child 0 completed
process 0 unable to lock mutex. 
Child 0 completed

这里子进程0和1不一定谁在前面。但是总有一个得不到锁。这里SyncMutex::lock(int $millisecond)的参数是 millisecond, 代表阻塞的时长, -1 为无限阻塞。

sync模块中的读写锁:
SyncReaderWriter的方法类似,readlock, readunlock, writelock, writeunlock,成对出现即可,没有写测试代码,应该和Mutex的代码一致,把锁替换一下就可以。

sync模块中的Event:
感觉和golang中的Cond比较像,wait()阻塞,fire()唤醒Event阻塞的一个进程。有一篇好文介绍了Cond, 可以看出Cond就是锁的一种固定用法。SyncEvent也一样。
php文档中的例子显示,fire()方法貌似可以用在web应用中。

上测试代码

for($i=0; $i<3; $i++){
  $pid = pcntl_fork();
  if($pid <0){
    die("fork failed");
  }elseif ($pid>0){
    //echo "parent process \n";
  }else{
    echo "child process {$i} is born. \n";
    switch ($i) {
    case 0:
      wait();
      break;
    case 1:
      wait();
      break;
    case 2:
      sleep(1);
      fire();
      break;
    }
  }
}

while (pcntl_waitpid(0, $status) != -1) { 
  $status = pcntl_wexitstatus($status); 
  echo "Child $status completed\n"; 
}

function wait(){
  $event = new SyncEvent("UniqueName");
  echo "before waiting. \n";
  $event->wait();
  echo "after waiting. \n";
  exit();
}

function fire(){
  $event = new SyncEvent("UniqueName");
  $event->fire();
  exit();
}

这里故意少写一个fire(), 所以程序会阻塞,证明了 fire() 一次只唤醒一个进程。

pthreads模块
锁定和解锁互斥量:

函数:

pthread_mutex_lock (mutex) 
pthread_mutex_trylock (mutex) 
pthread_mutex_unlock (mutex)

用法:

线程用pthread_mutex_lock()函数去锁定指定的mutex变量,若该mutex已经被另外一个线程锁定了,该调用将会阻塞线程直到mutex被解锁。
pthread_mutex_trylock() will attempt to lock a mutex. However, if the mutex is already locked, the routine will return immediately with a "busy" error code. This routine may be useful in pthread_mutex_trylock().

尝试着去锁定一个互斥量,然而,若互斥量已被锁定,程序会立刻返回并返回一个忙错误值。该函数在优先级改变情况下阻止死锁是非常有用的。线程可以用pthread_mutex_unlock()解锁自己占用的互斥量。在一个线程完成对保护数据的使用,而其它线程要获得互斥量在保护数据上工作时,可以调用该函数。若有一下情形则会发生错误:

  • 互斥量已经被解锁
  • 互斥量被另一个线程占用

互斥量并没有多么“神奇”的,实际上,它们就是参与的线程的“君子约定”。写代码时要确信正确地锁定,解锁互斥量。

Q:有多个线程等待同一个锁定的互斥量,当互斥量被解锁后,那个线程会第一个锁定互斥量?
A:除非线程使用了优先级调度机制,否则,线程会被系统调度器去分配,那个线程会第一个锁定互斥量是随机的。

#include<stdlib.h> 
#include<stdio.h> 
#include<unistd.h> 
#include<pthread.h> 

typedef struct ct_sum 
{ 
  int sum; 
  pthread_mutex_t lock; 
}ct_sum; 

void * add1(void *cnt) 
{    
  pthread_mutex_lock(&(((ct_sum*)cnt)->lock)); 
  for(int i=0; i < 50; i++) 
  {
    (*(ct_sum*)cnt).sum += i;   
  } 
  pthread_mutex_unlock(&(((ct_sum*)cnt)->lock)); 
  pthread_exit(NULL); 
  return 0; 
} 
void * add2(void *cnt) 
{    
  pthread_mutex_lock(&(((ct_sum*)cnt)->lock)); 
  for(int i=50; i<101; i++) 
  {  
     (*(ct_sum*)cnt).sum += i;  
  } 
  pthread_mutex_unlock(&(((ct_sum*)cnt)->lock)); 
  pthread_exit(NULL); 
  return 0; 
} 
 
int main(void) 
{
  pthread_t ptid1, ptid2; 
  ct_sum cnt; 
  pthread_mutex_init(&(cnt.lock), NULL); 
  cnt.sum=0; 
 
  pthread_create(&ptid1, NULL, add1, &cnt); 
  pthread_create(&ptid2, NULL, add2, &cnt); 
  
  pthread_join(ptid1,NULL); 
  pthread_join(ptid2,NULL);

  printf("sum %d\n", cnt.sum);
  pthread_mutex_destroy(&(cnt.lock)); 

  return 0; 
}

信号量
sync模块中的信号量:
SyncSemaphore文档中显示,它和Mutex的不同之处,在于Semaphore一次可以被多个进程(或线程)得到,而Mutex一次只能被一个得到。所以在SyncSemaphore的构造函数中,有一个参数指定信号量可以被多少进程得到。
public SyncSemaphore::__construct ([ string $name [, integer $initialval [, bool $autounlock ]]] ) 就是这个$initialval (initial value)

$lock = new SyncSemaphore("UniqueName", 2);

for($i=0; $i<2; $i++){
  $pid = pcntl_fork();
  if($pid <0){
    die("fork failed");
  }elseif ($pid>0){
    echo "parent process \n";
  }else{
    echo "child process {$i} is born. \n";
    obtainLock($lock, $i);
  }
}

while (pcntl_waitpid(0, $status) != -1) { 
  $status = pcntl_wexitstatus($status); 
  echo "Child $status completed\n"; 
}

function obtainLock ($lock, $i){
  echo "process {$i} is getting the lock \n";
  $res = $lock->lock(200);
  sleep(1);
  if (!$res){
    echo "process {$i} unable to lock lock. \n";
  }else{
    echo "process {$i} successfully got the lock \n";
    $lock->unlock();
  }
  exit();
}

这时候两个进程都能得到锁。

  • sysvsem模块中的信号量
  • sem_get 创建信号量
  • sem_remove 删除信号量(一般不用)
  • sem_acquire 请求得到信号量
  • sem_release 释放信号量。和 sem_acquire 成对使用。
$key = ftok('/tmp', 'c');

$sem = sem_get($key);

for($i=0; $i<2; $i++){
  $pid = pcntl_fork();
  if($pid <0){
    die("fork failed");
  }elseif ($pid>0){
    //echo "parent process \n";
  }else{
    echo "child process {$i} is born. \n";
    obtainLock($sem, $i);
  }
}

while (pcntl_waitpid(0, $status) != -1) { 
  $status = pcntl_wexitstatus($status); 
  echo "Child $status completed\n"; 
}
sem_remove($sem); // finally remove the sem

function obtainLock ($sem, $i){
  echo "process {$i} is getting the sem \n";
  $res = sem_acquire($sem, true);
  sleep(1);
  if (!$res){
    echo "process {$i} unable to get sem. \n";
  }else{
    echo "process {$i} successfully got the sem \n";
    sem_release($sem);
  }
  exit();
}

这里有一个问题,sem_acquire()第二个参数$nowait默认为false,阻塞。我设为了true,如果得到锁失败,那么后面的sem_release会报警告 PHP Warning:  sem_release(): SysV semaphore 4 (key 0x63000081) is not currently acquired in /home/jason/sysvsem.php on line 33, 所以这里的release操作必须放在得到锁的情况下执行,前面的几个例子中没有这个问题,没得到锁执行release也不会报错。当然最好还是成对出现,确保得到锁的情况下再release。
此外,ftok这个方法的参数有必要说明下,第一个 必须是existing, accessable的文件, 一般使用项目中的文件,第二个是单字符字符串。返回一个int。

输出为

parent process 
parent process 
child process 1 is born. 
process 1 is getting the mutex 
child process 0 is born. 
process 0 is getting the mutex 
process 1 successfully got the mutex 
Child 0 completed
process 0 unable to lock mutex. 
Child 0 completed
PHP 相关文章推荐
PHP导入Excel到MySQL的方法
Apr 23 PHP
PHP 代码规范小结
Mar 08 PHP
解析PHP 5.5 新特性
Jul 02 PHP
使用淘宝IP库获取用户ip地理位置
Oct 27 PHP
PHP中执行MYSQL事务解决数据写入不完整等情况
Jan 07 PHP
用PHP生成excel文件到指定目录
Jun 22 PHP
PHP+HTML+JavaScript+Css实现简单爬虫开发
Mar 28 PHP
php实现连接access数据库并转txt写入的方法
Feb 08 PHP
php封装json通信接口详解及实例
Mar 07 PHP
Laravel学习教程之IOC容器的介绍与用例
Aug 15 PHP
关于Curl在Swoole协程中的解决方案详析
Sep 12 PHP
PHP7修改的函数
Mar 09 PHP
PHP编程中尝试程序并发的几种方式总结
Mar 21 #PHP
PHP的Laravel框架中使用消息队列queue及异步队列的方法
Mar 21 #PHP
Zend Framework框架之Zend_Mail实现发送Email邮件验证功能及解决标题乱码的方法
Mar 21 #PHP
Zend Framework教程之Zend_Form组件实现表单提交并显示错误提示的方法
Mar 21 #PHP
Zend Framework实现多文件上传功能实例
Mar 21 #PHP
Zend Framework入门之环境配置及第一个Hello World示例(附demo源码下载)
Mar 21 #PHP
Zend Framework教程之连接数据库并执行增删查的方法(附demo源码下载)
Mar 21 #PHP
You might like
菜鸟学PHP之Smarty入门
2007/01/04 PHP
在PHP中养成7个面向对象的好习惯
2010/07/17 PHP
让PHP COOKIE立即生效,不用刷新就可以使用
2011/03/09 PHP
PHP集成百度Ueditor 1.4.3
2014/11/23 PHP
Laravel 5框架学习之模型、控制器、视图基础流程
2015/04/08 PHP
PHP中STDCLASS用法实例分析
2016/11/11 PHP
js或css实现滚动广告的几种方案
2010/01/28 Javascript
jQuery实现密保互斥问题解决方案
2013/08/16 Javascript
javascript 获取HTML DOM父、子、临近节点
2014/06/16 Javascript
JavaScript实现大数的运算
2014/11/24 Javascript
jquery实现漫天雪花飞舞的圣诞祝福雪花效果代码分享
2015/08/20 Javascript
JavaScript 实现的 zip 压缩和解压缩工具包Zip.js使用详解
2015/12/14 Javascript
prototype框架中美元符号$用法分析
2016/01/22 Javascript
第四章之BootStrap表单与图片
2016/04/25 Javascript
AngularJS实现标签页的两种方式
2016/09/05 Javascript
jQuery实现限制文本框的输入长度
2017/01/11 Javascript
Vue.js仿Metronic高级表格(二)数据渲染
2017/04/19 Javascript
CheckBox多选取值及判断CheckBox选中是否为空的实例
2017/10/31 Javascript
layui框架table 数据表格的方法级渲染详解
2018/08/19 Javascript
vue-cli监听组件加载完成的方法
2018/09/07 Javascript
详解如何实现Element树形控件Tree在懒加载模式下的动态更新
2019/04/25 Javascript
微信小程序使用前置摄像头拍照
2020/10/22 Javascript
在Python的Django框架中编写编译函数
2015/07/20 Python
使用python加密自己的密码
2015/08/04 Python
Python中生成Epoch的方法
2017/04/26 Python
利用python实现简单的循环购物车功能示例代码
2017/07/05 Python
python实战之实现excel读取、统计、写入的示例讲解
2018/05/02 Python
pycharm 将django中多个app放到同个文件夹apps的处理方法
2018/05/30 Python
Python为何不能用可变对象作为默认参数的值
2019/07/01 Python
解决pytorch 交叉熵损失输出为负数的问题
2020/07/07 Python
Python如何使用input函数获取输入
2020/08/06 Python
关于h5中的fetch方法解读(小结)
2017/11/15 HTML / CSS
一名老师的自我评价
2014/02/07 职场文书
学员自我鉴定
2014/03/19 职场文书
2014村书记党建工作汇报材料
2014/11/02 职场文书
nginx请求限制配置方法
2021/07/09 Servers