PHP中的檔案鎖、互斥鎖、讀寫鎖詳解

本文主要介紹了PHP程式中的檔案鎖、互斥鎖、讀寫鎖提示解析，其中重點講解了sync模組和pthreads模組中的使用執行個體，需要的朋友可以參考下。希望對大家有所協助。

檔案鎖
全名叫 advisory file lock, 書中有提及。 這類鎖比較常見，例如 mysql, php-fpm 啟動之後都會有一個pid檔案記錄了進程id，這個檔案就是檔案鎖。

這個鎖可以防止重複運行一個進程，例如在使用crontab時，限定每一分鐘執行一個任務，但這個進程已耗用時間可能超過一分鐘，如果不用進程鎖解決衝突的話兩個進程一起執行就會有問題。

使用PID檔案鎖還有一個好處，方便進程向自己發停止或者重啟訊號。例如重啟php-fpm的命令為

kill -USR2 `cat /usr/local/php/var/run/php-fpm.pid`
發送USR2訊號給pid檔案記錄的進程，訊號屬於進程通訊，會另開一個篇幅。

php的介面為flock，文檔比較詳細。先看一下定義，bool flock ( resource $handle , int $operation [, int &$wouldblock ] ).

• $handle是檔案系統指標，是典型地由 fopen() 建立的 resource(資源)。這就意味著使用flock必須開啟一個檔案。

• $operation 是操作類型。

• &$wouldblock 如果鎖是阻塞的，那麼這個變數會設為1.

需要注意的是，這個函數預設是阻塞的，如果想非阻塞可以在 operation 加一個 bitmask LOCK_NB. 接下來測試一下。

$pid_file = "/tmp/process.pid";$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($fp, LOCK_UN);  // 釋放鎖定} else {  echo "Cannot get pid lock. The process is already up \n";}fclose($fp);

儲存為 process.php，運行php process.php &, 此時再次運行php process.php，就可以看到錯誤提示。flock也有共用鎖定，LOCK_SH.

互斥鎖和讀寫鎖
sync模組中的Mutex：
Mutex是一個組合詞，mutual exclusion。用pecl安裝一下sync模組, pecl install sync。 文檔中的SyncMutex只有兩個方法，lock 和 unlock， 我們就直接上代碼測試吧。沒有用IDE寫，所以cs異常醜陋，請無視。

$mutex = new SyncMutex("UniqueName");for($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();}

儲存為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 completedprocess 0 unable to lock mutex. Child 0 completed

這裡子進程0和1不一定誰在前面。但是總有一個得不到鎖。這裡SyncMutex::lock(int $millisecond)的參數是 millisecond, 代表阻塞的時間長度， -1 為無限阻塞。

sync模組中的讀寫鎖：
SyncReaderWriter的方法類似，readlock, readunlock, writelock, writeunlock,成對出現即可，沒有寫測試代碼，應該和Mutex的代碼一致，把鎖替換一下就可以。

sync模組中的Event：
感覺和golang中的Cond比較像，wait()阻塞，fire()喚醒Event阻塞的一個進程。有一篇好文介紹了Cond, 可以看出Cond就是鎖的一種固定用法。SyncEvent也一樣。
php文檔中的例子顯示，fire()方法貌似可以用在web應用中。

上測試代碼

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();}

這裡故意少寫一個fire(), 所以程式會阻塞，證明了 fire() 一次只喚醒一個進程。

pthreads模組
鎖定和解鎖互斥量:

函數：

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

用法：

線程用pthread_mutex_lock()函數去鎖定指定的mutex變數，若該mutex已經被另外一個線程鎖定了，該調用將會阻塞線程直到mutex被解鎖。
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().

　　嘗試著去鎖定一個互斥量，然而，若互斥量已被鎖定，程式會立刻返回並返回一個忙錯誤值。該函數在優先順序改變情況下阻止死結是非常有用的。線程可以用pthread_mutex_unlock()解鎖自己佔用的互斥量。在一個線程完成對保護資料的使用，而其它線程要獲得互斥量在保護資料上工作時，可以調用該函數。若有一下情形則會發生錯誤：

• 互斥量已經被解鎖

• 互斥量被另一個線程佔用

互斥量並沒有多麼“神奇”的，實際上，它們就是參與的線程的“君子約定”。寫代碼時要確信正確地鎖定，解鎖互斥量。

Q：有多個線程等待同一個鎖定的互斥量，當互斥量被解鎖後，那個線程會第一個鎖定互斥量？
A：除非線程使用了優先順序調度機制，否則，線程會被系統調度器去分配，那個線程會第一個鎖定互斥量是隨機的。

#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; }

訊號量
sync模組中的訊號量：
SyncSemaphore文檔中顯示，它和Mutex的不同之處，在於Semaphore一次可以被多個進程(或線程)得到，而Mutex一次只能被一個得到。所以在SyncSemaphore的建構函式中，有一個參數指定訊號量可以被多少進程得到。
public SyncSemaphore::__construct ([ string $name [, integer $initialval [, bool $autounlock ]]] ) 就是這個$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();}

這時候兩個進程都能得到鎖。

• sysvsem模組中的訊號量

• sem_get 建立訊號量

• sem_remove 刪除訊號量（一般不用）

• sem_acquire 請求得到訊號量

• sem_release 釋放訊號量。和 sem_acquire 成對使用。

$key = ftok('/tmp', 'c');$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 semfunction 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();}

這裡有一個問題，sem_acquire()第二個參數$nowait預設為false，阻塞。我設為了true，如果得到鎖失敗，那麼後面的sem_release會警示告 PHP Warning: sem_release(): SysV semaphore 4 (key 0x63000081) is not currently acquired in /home/jason/sysvsem.php on line 33, 所以這裡的release操作必須放在得到鎖的情況下執行，前面的幾個例子中沒有這個問題，沒得到鎖執行release也不會報錯。當然最好還是成對出現，確保得到鎖的情況下再release。
此外，ftok這個方法的參數有必要說明下，第一個 必須是existing, accessable的檔案, 一般使用項目中的檔案，第二個是單字元字串。返回一個int。

輸出為

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 completedprocess 0 unable to lock mutex. Child 0 completed

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