PHP 互斥鎖：如何確保程式碼的執行緒安全？

左诗右码發表於2024-11-27
PHP執行緒

在多執行緒和高併發的環境下，我們經常會遇到需要確保程式碼段互斥執行的場景。比如，在電商平臺中，當多個使用者同時購買同一件商品時，如何確保庫存的扣減是執行緒安全的？

今天，我們將一起探討這個問題，並介紹一個名為 wise-locksmith 的 PHP 互斥鎖庫，它可以幫助我們輕鬆地解決這類問題。

程式碼的執行緒安全

在沒有互斥機制的情況下，多個程序或執行緒可能會同時修改同一個資源，導致資料不一致的問題。例如，在一個簡單的庫存扣減操作中：

// 假設庫存為 10
$stock = 10;

// 多個請求同時到達，每個請求都扣減庫存
for ($i = 0; $i < 20; $i++) {
    $stock--;
}
// 最終庫存可能不是我們預期的 0，而是負數

這種情況在實際開發中是不可接受的。那麼，我們如何確保在 PHP 中實現程式碼的互斥執行呢？

wise-locksmith 庫介紹

wise-locksmith 是一個 PHP 互斥鎖庫，它提供了多種鎖機制來幫助我們解決執行緒安全問題。並且這個庫不侷限於任何框架，也就是說只要是在 PHP 環境中，都可以使用。

下面，我們將詳細介紹這個庫的安裝、特性、基本與高階功能，並結合實際應用場景展示其在專案中的使用。來，繼續往下看吧～

安裝

首先，我們透過 Composer 快速安裝 wise-locksmith：

composer require pudongping/wise-locksmith

特性

wise-locksmith 提供了多種鎖機制，以適應不同的應用場景：

  1. 檔案鎖（flock）：適用於單伺服器環境。
  2. 分散式鎖（redisLock）：適用於需要跨多個伺服器或例項的分散式環境。
  3. 紅鎖（redLock）：適用於 Redis 叢集環境，提供更高的可靠性。
  4. 協程級別的互斥鎖（channelLock）：適用於 Swoole 協程環境。

基本功能

檔案鎖（flock）

檔案鎖沒有任何依賴。可透過可選的第 3 個引數引數設定鎖的超時時間，單位：秒。（支援浮點型，比如 1.5 表示 1500ms 也就是最多會等待 1500ms，如果沒有搶佔到鎖，那麼則主動放棄搶鎖，同時會丟擲 Pudongping\WiseLocksmith\Exception\TimeoutException 異常）
設定成 Pudongping\WiseLocksmith\Lock\File\Flock::INFINITE_TIMEOUT 時，表示永不過期，則當前一直會阻塞式搶佔鎖，直到搶佔到鎖為止。預設值為：Pudongping\WiseLocksmith\Lock\File\Flock::INFINITE_TIMEOUT。

檔案鎖是最簡單的一種鎖，適用於單伺服器環境。它透過鎖定一個檔案來實現互斥。以下是一個簡單的檔案鎖示例：

<?php
require 'vendor/autoload.php';
use Pudongping\WiseLocksmith\Locker;

$path = tempnam(sys_get_temp_dir(), 'wise-locksmith-flock-');
$fileHandler = fopen($path, 'r+');
$locker = new Locker();
try {
    $locker->flock($fileHandler, function () use ($stock) {
        // 這裡寫你想保護的程式碼
        $stock--;
        // 確保操作的原子性
    });
} catch (\Exception $e) {
    // 處理異常
}
fclose($fileHandler);
unlink($path);

分散式鎖（redisLock）

需要依賴 redis 擴充套件。可透過可選的第 3 個引數設定鎖的超時時間，單位：秒。（支援浮點型，比如 1.5 表示 1500ms 也就是最多會等待 1500ms，如果沒有搶佔到鎖，那麼則主動放棄搶鎖，同時會丟擲 Pudongping\WiseLocksmith\Exception\TimeoutException 異常）
預設值為：5。第 4 個引數為當前鎖的具有唯一性的值，除非有特殊情況下需要設定，一般不需要設定。

在分散式系統中，我們經常需要確保跨多個伺服器的操作是互斥的。redisLock 提供了這樣的功能：

<?php
$redis = new \Redis();
$redis->connect('127.0.0.1', 6379);
$locker = new Locker();
try {
    $locker->redisLock($redis, 'redisLock', function () use ($stock) {
        // 這裡寫你想保護的程式碼
        $stock--;
        // 確保操作的原子性
    });
} catch (\Exception $e) {
    // 處理異常
}

高階功能

紅鎖（redLock）

redLock 鎖所需要設定的引數和 redisLock 鎖除了第一個引數有區別以外，其他幾個引數完全一致。redLock 鎖是 redisLock 鎖的叢集實現。

紅鎖是分散式鎖的一種高階實現，它在 Redis 叢集環境中提供更高的可靠性：

<?php
$redisInstances = [
    ['host' => '127.0.0.1', 'port' => 6379],
    // 其他 Redis 例項...
];
$redis = array_map(function ($v) {
    $redis = new \Redis();
    $redis->connect($v['host'], $v['port']);
    return $redis;
}, $redisInstances);
$locker = new Locker();
try {
    $locker->redLock($redis, 'redLock', function () use ($stock) {
        // 這裡寫你想保護的程式碼
        $stock--;
        // 確保操作的原子性
    });
} catch (\Exception $e) {
    // 處理異常
}

協程級別的互斥鎖（channelLock）

使用此鎖時，需要安裝 swoole 擴充套件。且版本必須大於等於 4.5。可透過可選的第 3 個引數設定鎖的超時時間，單位：秒。（支援浮點型，比如 1.5 表示 1500ms 也就是最多會等待 1500ms，如果沒有搶佔到鎖，那麼則主動放棄搶鎖，同時直接返回 false 表示沒有搶佔到鎖）
設定成 -1 時，表示永不過期，則當前一直會阻塞式搶佔鎖，直到搶佔到鎖為止。預設值為：-1。

在 Swoole 協程環境中，channelLock 提供了協程級別的互斥鎖：

<?php
$locker = new Locker();
try {
    $locker->channelLock('channelLock', function () use ($stock) {
        // 這裡寫你想保護的程式碼
        $stock--;
        // 確保操作的原子性
    });
} catch (\Exception $e) {
    // 處理異常
}

實際應用場景

假設我們有一個高併發的電商平臺，需要在使用者下單時扣減庫存。使用 wise-locksmith 庫，我們可以確保在任何時候只有一個請求能夠修改庫存，從而避免超賣的問題。以下是如何在實際專案中使用 wise-locksmith 來實現庫存扣減的互斥操作：

<?php
// 假設我們有一個全域性的 Redis 連線例項
$redis = new \Redis();
$redis->connect('127.0.0.1', 6379);

// 庫存扣減操作
function decreaseStock($productId, $quantity) {
    $locker = new Locker();
    try {
        $locker->redisLock($redis, "stock_lock_{$productId}", function () use ($productId, $quantity) {
            // 這裡寫你想保護的程式碼
            // 假設我們從資料庫中獲取當前庫存
            $stock = getStockFromDatabase($productId);
            if ($stock >= $quantity) {
                // 更新庫存
                updateStockInDatabase($productId, $stock - $quantity);
            }
        });
    } catch (\Exception $e) {
        // 處理異常
    }
}

// 呼叫扣減庫存函式
decreaseStock(123, 1);

結語

透過 wise-locksmith 庫，我們可以輕鬆地在 PHP 應用中實現程式碼的互斥執行，無論是單伺服器環境還是分散式系統。

希望這篇文章能幫助你更好地理解和使用 wise-locksmith 庫，確保你的程式碼在多執行緒環境下的執行緒安全。如果你覺得這個庫對你有點兒幫助，那就請幫忙點個 Star 呀～

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