swoole 中的锁及其应用

date: 2017-12-25 01:42:00
title: swoole 中的锁及其应用

时间不早了, 尽量言简意赅一些.

怎么快速学习锁:

锁是什么 -> 锁的概念
为什么要用锁 -> 锁的使用场景
怎么使用锁 -> show me the code

需要了解的相关概念:

多进程 / 多线程
临界区 / 竞态资源

要培养锁的意识:

并发场景下的数据安全, 比如 session 覆盖(PHP的Session数据同步问题)

与锁相关问题的几个维度

锁的种类 : 锁的规则 : 锁的场景 = 1 : 1 : 1

swoole 中支持的锁(lock), 相关代码在 swoole/src/lock 下, 代码很清晰, 适合阅读:

互斥锁 SWOOLE_MUTEX
自旋锁 SWOOLE_SPINLOCK
读写锁 SWOOLE_RWLOCK
文件锁 SWOOLE_FILELOCK
信号量 SWOOLE_SEM

锁的生命周期: 创建锁 -> 加锁 -> 解锁

$lock = new \Swoole\Lock(SWOOLE_MUTEX); // 参数是锁的种类, 下面细说
$lock->lock();
$lock->unlock();

注意: 这里并没有看到锁的销毁, 受限于 PHP 的多进程模型，只能这样, 所以官网特地提到

请勿在onReceive等回调函数中创建锁，否则底层的GlobalMemory内存会持续增长，造成内存泄漏

是否阻塞: 申请加锁是否会阻塞

$lock->lock(); // 阻塞, 直到成功申请到锁

$lock->trylock(); // 不会阻塞, 立即返回抢锁的结果

抢锁 = 申请锁, 不要被中文误导, 这里是同一个意思

因为锁的规则不同, 信号量 SWOOLE_SEM 不支持 trylock() 这样非阻塞调用方式

锁的实现方式

$lock = new \Swoole\Lock(SWOOLE_FILELOCK, string $lockfile); // 文件锁

$lock = new \Swoole\Lock(SWOOLE_MUTEX); // 其他锁

文件锁 SWOOLE_FILELOCK 使用文件来作为锁, 其他锁 使用内存, 所以 其他类型的锁必须在父进程内创建.

互斥锁 SWOOLE_MUTEX

这个概念理解起来最容易: 互斥锁 = 独占锁 = 排它锁 = 写锁.

锁的规则: 顾名思义, 就是这个锁当前只能有一个进程/线程使用, 其他进程/线程只能等待
实现: swoole 底层使用 pthread_mutex_xxx 系列函数实现.
场景: 任何需要 排他/独占 的场景都适用

自旋锁 SWOOLE_SPINLOCK

自旋锁和互斥锁类似, 只是在阻塞时的状态不一样:

互斥锁没有申请到锁时, 通常会进入睡眠状态, 这样当锁释放时, 就需要唤醒; 自旋锁则会一直循环在那里等待锁
实现: swoole 底层使用 pthread_spin_xxx 系列函数实现.
场景: 锁保持时间非常短的情况, 减少 睡眠 -> 唤醒 的成本

读写锁 SWOOLE_RWLOCK

$lock->lock(); // 写锁

$lock->lock_read(); // 读锁

写锁上面已经见过了, 读写锁由 读锁 + 写锁 组成

锁的规则: 如果当前有读锁, 可以继续申请读锁, 但是不能申请写锁; 写锁的规则和上面一致
实现: swoole 底层使用 pthread_rwlock_xxx 系列函数实现.
场景: 读多写少的场景, 减少锁的阻塞带来的性能损耗

文件锁 SWOOLE_FILELOCK

除了使用文件作为锁, 规则和场景和 读写锁 SWOOLE_RWLOCK 一致

实现: swoole 底层使用 fcntl() 函数实现.

信号量 SWOOLE_SEM

信号量的规则稍微会复杂一些, 会涉及到 2 个操作: P V

锁的规则: 如果信号量 >= 0, 则可以执行 P 操作, 并将信号量减一; 如果信号量 < 最大值, 则可以执行 V 操作, 并将信号量加一
实现: swoole 底层调用实现.
场景: 信号量操作可以想象成 仓库进货出货 的过程, 仓库是空的, 就不能用 P 操作来出货了, 仓库是满的, 就不能用 V 操作来继续进货了

注意: 信号量没有 trylock() 方法; swoole 没有提供容量的设置, 退化为容量为 1 的情况了, 其实和 互斥锁 SWOOLE_MUTEX 差不多了

写在最后

到目前为止, swoole 当中使用到的锁都聊到了, 最后说一个彩蛋. 在 2017北京PHP开发者年会上, thinkpc 讲到 exec的梗:

使用 \Swoole\Process::exec('tail -f') 导致服务一直阻塞在那里, 后来和韩老大说这个事, 韩老大就给加上了一个 timeout.

$lock->lockwait($timeout);

所以我猜测 lockwait() 这个只有 Mutex 类型才支持的方法, 是不是也是这种情况.

2017北京PHP开发者年会 - 盗图自叶金荣大大

写在最后

swoole wiki - \Swoole\Lock 还是优先推荐的第一手资料.

理解一个不太熟悉的概念时, 可以尝试划一划 不同维度, 在这些维度上面找 相同 / 不同.

Yii 框架中特定提供了 mutex 模块, 并提供了不同种类的实现的方式, 可以移步看我之前的 blog - yii源码解读

使用 file 实现的 mutex:

// 加锁
protected function acquireLock($name, $timeout = 0)
{
    $file = fopen($this->getLockFilePath($name), 'w+');
    if ($file === false) {
        return false;
    }
    if ($this->fileMode !== null) {
        @chmod($this->getLockFilePath($name), $this->fileMode);
    }
    $waitTime = 0;
    while (!flock($file, LOCK_EX | LOCK_NB)) { // 加锁
        $waitTime++;
        if ($waitTime > $timeout) { // 超时逻辑
            fclose($file);

            return false;
        }
        sleep(1);
    }
    $this->_files[$name] = $file;

    return true;
}

// 解锁
protected function releaseLock($name)
{
    if (!isset($this->_files[$name]) || !flock($this->_files[$name], LOCK_UN)) { // 解锁
        return false;
    } else {
        fclose($this->_files[$name]);
        unlink($this->getLockFilePath($name));
        unset($this->_files[$name]);

        return true;
    }
}

核心其实是 flock() 函数:

LOCK_EX, 英文对应 exclusive lock, 排它锁
LOCK_UN, 英文对应 unlock, 解锁
LOCK_SH, 英文对应 share lock, 共享锁
LOCK_NB, 英文对应 non block, 非阻塞

使用 mysql 实现的 mutex:

// 加锁
protected function acquireLock($name, $timeout = 0)
{
    return (bool) $this->db
        ->createCommand('SELECT GET_LOCK(:name, :timeout)', [':name' => $name, ':timeout' => $timeout])
        ->queryScalar();
}

// 解锁
protected function releaseLock($name)
{
    return (bool) $this->db
        ->createCommand('SELECT RELEASE_LOCK(:name)', [':name' => $name])
        ->queryScalar();
}

调用 mysql 提供的函数: GET_LOCK() / RELEASE_LOCK() 即可

swoole 中的锁及其应用

与锁相关问题的几个维度

互斥锁 SWOOLE_MUTEX

自旋锁 SWOOLE_SPINLOCK

读写锁 SWOOLE_RWLOCK

文件锁 SWOOLE_FILELOCK

信号量 SWOOLE_SEM

写在最后

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