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应用场景分析:http://hudeyong926.iteye.com/blog/1172189
如原来MEMCACHED中的KES的内容为A,客户端C1和客户端C2都把A取了出来,C1往准备往其中加B,C2准备往其中加C,这就会造成C1和C2执行后的CACHE KEYS要么是AB要么是AC,而不会出现我们期望的ABC。这种情况,如果不是在集群环境中,而只是单机服务器,可以通过在写CACHE KEYS时增加同步锁,就可以解决问题,可是在集群环境中,同步锁是显然解决不了问题的。
memcached是原子的吗?宏观
所有的被发送到memcached的单个命令是完全原子的。如果您针对同一份数据同时发送了一个set命令和一个get命令,它们不会影响对方。它们将被串行化、先后执行。即使在多线程模式,所有的命令都是原子的;命令序列不是原子的。如果您通过get命令获取了一个item,修改了它,然后想把它set回memcached,我们不保证这个item没有被其他进程(process,未必是操作系统中的进程)操作过。在并发的情况下,您也可能覆写了一个被其他进程set的item。
memcached 1.2.5以及更高版本,提供了gets和cas命令,它们可以解决上面的问题。如果您使用gets命令查询某个key的item,memcached会 给您返回该item当前值的唯一标识。如果您覆写了这个item并想把它写回到memcached中,您可以通过cas命令把那个唯一标识一起发送给 memcached。如果该item存放在memcached中的唯一标识与您提供的一致,您的写操作将会成功。如果另一个进程在这期间也修改了这个 item,那么该item存放在memcached中的唯一标识将会改变,您的写操作就会失败。
memcached保存的key value都有一个唯一标识casUnique,在进行incr decr操作时,首先获取casUnique,执行incr,检验返回值是否casUnique+1,如果是,则更新,否则,失败不更新!
尽管这种设计在处理并发时还存在缺陷,但可以通过简单的重试来解决问题!
最初的解决方案:
计划利用memcached的add操作的原子性来控制并发,具体方式如下:
1.申请锁:在校验是否创建过活动前,执行add操作key为memberId,如果add操作失败,则表示有另外的进程在并发的为该memberId创建活动,返回创建失败。否则表示无并发
2.执行创建活动
3.释放锁:创建活动完成后,执行delete操作,删除该memberId。
- if (memcache.get(key) == null) {
- // 3 min timeout to avoid mutex holder crash
- if (memcache.add(key_mutex, 3 * 60 * 1000) == true) {
- value = db.get(key);
- memcache.set(key, value);
- memcache.delete(key_mutex);
- } else {
- sleep(50);
- retry();
- }
- }
if (memcache.get(key) == null) { // 3 min timeout to avoid mutex holder crash if (memcache.add(key_mutex, 3 * 60 * 1000) == true) { value = db.get(key); memcache.set(key, value); memcache.delete(key_mutex); } else { sleep(50); retry(); } }
问题:
如此实现存在一些问题:
1.memcached中存放的值有有效期,即过期后自动失效,如add过M1后,M1失效,可以在此add成功
2.即使通过配置,可以使memcached永久有效,即不设有效期,memcached有容量限制,当容量不够后会进行自动替换,即有可能add过M1后,M1被其他key值置换掉,则再次add可以成功。
3.此外,memcached是基于内存的,掉电后数据会全部丢失,导致重启后所有memberId均可重新add。
应对问题:
针对上述的几个问题,根本原因是add操作有时效性,过期,被替换,重启,都会是原来的add操作失效。解决该问题有方法
1.减轻时效性的影响,使用memcached CAS(check and set)方式。
CAS的基本原理
基本原理非常简单,一言以蔽之,就是“版本号”。每个存储的数据对象,多有一个版本号。我们可以从下面的例子来理解:
如果不采用CAS,则有如下的情景:
第一步,A取出数据对象X;
第二步,B取出数据对象X;
第三步,B修改数据对象X,并将其放入缓存;
第四步,A修改数据对象X,并将其放入缓存。
我们可以发现,第四步中会产生数据写入冲突。
如果采用CAS协议,则是如下的情景。
第一步,A取出数据对象X,并获取到CAS-ID1;
第二步,B取出数据对象X,并获取到CAS-ID2;
第三步,B修改数据对象X,在写入缓存前,检查CAS-ID与缓存空间中该数据的CAS-ID是否一致。结果是“一致”,就将修改后的带有CAS-ID2的X写入到缓存。
第四步,A修改数据对象Y,在写入缓存前,检查CAS-ID与缓存空间中该数据的CAS-ID是否一致。结果是“不一致”,则拒绝写入,返回存储失败。
memcached中除了add操作是原子的,还有另外两个操作也是原子的:incr和decr ,使用CAS模式即:
1.预先在memcached中设置一个key值,假设为CREATKEY=1
2.每次创建活动时,在规则校验前先get出CREATEKEY=x;
3.进行规则校验
4.执行incr CREATEKEY操作,检验返回值是否为所期望的x+1,如果不是,则说明在此期间有另外的进程执行了incr操作,即存在并发,放弃更新。否则
5.执行创建活动
这种方法可能存在误判,即本来不存在并发,却被判为并发,如缓存重启,或key值失效后,incr值可能不同于期望值,导致误判。
而使用memcached的CAS方式,可以以几乎0成本的方式解决时效性问题,尽管存在一点小缺陷,但这种缺陷可以通过简单的重试即可解决。考虑实际的产出比,采用memcached的CAS方式更适合实际情况。
具体实现:
1.由于需要使用cas方法,php的memcache客户端不支持该方法,所以改用php的memcached客户端 。这个东西还是很强大的,它所使用的libmemcached库是各种语言都支持的。(需要额外安装编译,可以使用PECL装,或手动编译)
2. 去除session.save_handler 的设置,然后使用:
- session_set_save_handler(array("SessionMemd","open"),array("SessionMemd","close"),array("SessionMemd","read"),array("SessionMemd","write"),array("SessionMemd","destroy"),array("SessionMemd","gc"));
session_set_save_handler(array("SessionMemd","open"),array("SessionMemd","close"),array("SessionMemd","read"),array("SessionMemd","write"),array("SessionMemd","destroy"),array("SessionMemd","gc"));
SessionMemd的类如下:
- <?php
- /**
- * 使用Memcached处理session,纯静态类
- * @author yuyii 2010/3/12
- */
- class SessionMemd {
- private static $_sess;
- private static $cas;
- const RETRY = 3; //重试次数
- public static $maxlife = 3600;
- private function __construct() {}
- public static function open($save_path) {
- self::$_sess = new Memcached();
- $servers = explode(",",$save_path);
- foreach($servers as &$v) {
- if (preg_match('!tcp://([^:]*):(\d{4,5})!',$v,$match)) {
- self::$_sess->addServer($match[1],$match[2]);
- }
- }
- self::$_sess->setOption(Memcached::OPT_DISTRIBUTION, Memcached::DISTRIBUTION_CONSISTENT);
- self::$_sess->setOption(Memcached::OPT_HASH, Memcached::HASH_CRC);
- return true;
- }
- public static function close() {
- return true;
- }
- public static function read($id) {
- $ret = self::$_sess->get($id,null,$cas);
- self::$cas = $cas;
- return $ret;
- }
- public static function write($id, $sess_data) {
- if (empty(self::$cas)) {
- $ret = self::$_sess->set($id,$sess_data,self::$maxlife);
- }
- else {
- $ret = self::$_sess->cas(self::$cas,$id,$sess_data,self::$maxlife); //该方法对于空值会写失败
- }
- if ($ret === false) {
- /**
- * 处理验证码失败的情况,让其重试
- */
- if ($_SERVER['SCRIPT_NAME'] == "/captcha.php") {
- $i = 0;
- while($i++ < self::RETRY) {
- $ret = self::$_sess->get($id,null,$cas);
- if (self::$_sess->cas($cas,$id,$sess_data,self::$maxlife)) return true;
- usleep(1000);
- }
- }
- return false;
- }
- else {
- return true;
- }
- }
- public static function destroy($id) {
- return self::$_sess->delete($id);
- }
- public static function gc() {
- return true;
- }
- }
- //获取设置的生命周期值
- SessionMemd::$maxlife = ini_get("session.gc_maxlifetime");
- ?>
<?php /** * 使用Memcached处理session,纯静态类 * @author yuyii 2010/3/12 */ class SessionMemd { private static $_sess; private static $cas; const RETRY = 3; //重试次数 public static $maxlife = 3600; private function __construct() {} public static function open($save_path) { self::$_sess = new Memcached(); $servers = explode(",",$save_path); foreach($servers as &$v) { if (preg_match('!tcp://([^:]*):(\d{4,5})!',$v,$match)) { self::$_sess->addServer($match[1],$match[2]); } } self::$_sess->setOption(Memcached::OPT_DISTRIBUTION, Memcached::DISTRIBUTION_CONSISTENT); self::$_sess->setOption(Memcached::OPT_HASH, Memcached::HASH_CRC); return true; } public static function close() { return true; } public static function read($id) { $ret = self::$_sess->get($id,null,$cas); self::$cas = $cas; return $ret; } public static function write($id, $sess_data) { if (empty(self::$cas)) { $ret = self::$_sess->set($id,$sess_data,self::$maxlife); } else { $ret = self::$_sess->cas(self::$cas,$id,$sess_data,self::$maxlife); //该方法对于空值会写失败 } if ($ret === false) { /** * 处理验证码失败的情况,让其重试 */ if ($_SERVER['SCRIPT_NAME'] == "/captcha.php") { $i = 0; while($i++ < self::RETRY) { $ret = self::$_sess->get($id,null,$cas); if (self::$_sess->cas($cas,$id,$sess_data,self::$maxlife)) return true; usleep(1000); } } return false; } else { return true; } } public static function destroy($id) { return self::$_sess->delete($id); } public static function gc() { return true; } } //获取设置的生命周期值 SessionMemd::$maxlife = ini_get("session.gc_maxlifetime"); ?>
其中captcha.php 是我这边验证码的文件名,这边可以稍作调整。用回调函数来加载,这样比较灵活。遇到是验证码,程序会去自动重试。
总结:存数据库也会遇到同样的情况,但是数据库锁起来会更方便 。