PHP APCu快取使用與避坑

小松聊PHP进阶發表於2024-05-20
PHP快取

APCu

  • 極簡概括： PHP 的開源記憶體快取擴充套件，類比Redis，但是一般都用Redis，所以APCu用的很少。
  • 官方文件：https://www.php.net/manual/zh/apcu.configuration.php
  • 解決問題：類比Redis做快取元件，提升效能，同步資料使用。
  • 適用場景：輕量級的快取，適合寫少讀多的場景。缺少原子性、缺少多條指令無間隙執行，不建議高併發時寫多讀多，寫多讀少的場景下使用。
  • 優點：
    • 比Redis快一百多倍。
    • 運維成本低：利用PHP擴充套件的方式實現，無需與快取元件進行網路通訊。
    • 簡單易用：APCu 提供了簡單而有效的介面，容易上手。
    • 跨檔案跨程序：A檔案set值，B檔案get值，是可以獲取到值的，若做不到和變數沒區別。
  • 缺點：
    • 不支援遠端獨立部署。
    • 型別沒有Redis的多，適用場景僅限於快取。
    • 資料無法做到常駐記憶體，重啟或出故障，資料丟了就沒了，沒有像Redis的RDB或AOF持久化機制。
    • 無法保證多個操作的原子性。
    • 可能存在超賣的問題。
    • 獲取確定已經存在的值可能會遇到false，獲取結果不穩定。
  • 注意：從PHP 8.0.0開始，不再支援apcu bc。

是否能像Redis+Lua一樣保證多個操作原子性？

不能。
Redis是單執行緒的，意味著單位時間內只執行一個任務，Redis讓併發過來的任務強制序列執行。有Lua的加持，保證多條指令無間隙執行。
APCu沒有這個機制，讓操作要麼都成功，要麼都失敗，要實現這一步需要手動寫邏輯。

高併發下會有超賣的一致性問題嗎？

還好APCu有樂觀鎖機制，可以防止超賣問題。

但APCu 沒有互斥的鎖機制，互斥意味著併發過來的請求，透過獨佔該資源，讓任務序列執行。

由於PHP+Nginx預設是多程序機制，（也可以調整為多執行緒，用得少）
假設一個場景：
獲取到值，自增。程序P0獲取到A的值為5的時候，想要自增到6，可能其它程序已經自增到8了。此時兩步操作存在間隙，又沒有機制對此資料加鎖防止被其它程序更改，所以可能P0執行自增時會加到9，這是個機率問題，因此樂觀鎖的機制就顯得非常重要。

安裝

前提是安裝好了PHP，預設在/usr/local/php下，並配置有/usr/local/php/bin目錄的環境變數
cd /test
wget https://pecl.php.net/get/apcu-5.1.23.tgz
tar zxf apcu-5.1.23.tgz
phpize
./configure
make
make install

相關配置（php.ini）

配置名 值型別 預設值 說明
apc.enabled int 1 設定為0以禁用APC。這在APC被靜態編譯到PHP中時非常有用，因為沒有其他方法可以禁用它。
apc.shm_segments int 1 為編譯器快取分配的共享記憶體段的數量。如果APC共享記憶體不足，但apc.shm_size設定為系統允許的最高值，提高該值可能會防止APC耗盡其記憶體。
apc.shm_size int 32M 每個共享記憶體段的大小
apc.entries_hint int 4096 是用於設定APCu快取的條目預期數量
apc.ttl int 0 指定快取中的條目在過期之前可以存在多長時間，單位為秒。預設為0，表示永不過期
apc.gc_ttl int 3600 指定過期快取條目被清理的時間間隔，單位為秒
apc.mmap_file_mask string null 是用於配置在使用共享記憶體對映（MMAP）方式時的檔名模板。這個選項在某些情況下可以用於解決作業系統限制或者提高效能。預設情況下，這個選項為空，APCu會使用系統預設的檔名模板。設定apc.mmap_file_mask時，你可以使用一些特殊的佔位符來指定檔名的格式，例如%s代表共享記憶體識別符號的十六進位制表示，%p代表當前程序的PID（程序識別符號）。這樣可以確保每個程序使用不同的檔名，避免衝突。一般情況下，你不需要手動設定這個選項，除非你遇到共享記憶體對映方面的特定問題或者有特殊需求。在大多數情況下，使用預設設定即可滿足需求
apc.slam_defense int 1 防止快取雪崩，多程序下，每個程序都試圖同時快取同一個檔案。此選項設定跳過嘗試快取未快取檔案的程序的百分比。或者將其視為單個程序跳過快取的機率。例如，設定為75意味著該程序有75%的機率不會快取未快取的檔案。因此，設定越高，對快取雪崩的防禦就越強。將此項設定為0禁用此功能
apc.enable_cli int 0 是否在cli模式下啟用apc，實測不生效
apc.use_request_time int 0 置控制是否APC應該使用請求時間來為檔案加上時間戳。當啟用時，它可以確保在請求時間變化時重新整理快取檔案，這在某些情況下會很有用，比如在開發或除錯程式碼時
apc.serializer string php 用於配置APC序列化方式。
apc.coredump_unmap int 0 啟用APC處理訊號，如SIGSEGV，該訊號在收到訊號時寫入核心檔案。當收到這些訊號時，APC將嘗試取消共享記憶體段的對映，以便將其從核心檔案中排除。當接收到致命訊號並且配置了大型APC共享記憶體段時，此設定可以提高系統穩定性
apc.preload_path string null 用於指定要預載入的PHP檔案或目錄的路徑。預載入可以提高應用程式的效能，因為它可以在應用程式啟動時將指定的檔案或目錄載入到記憶體中，從而減少了每次請求時的檔案讀取和解析時間。

使用

設定值，注意，快取有值的情況下無法設定值，類比Redis的setnx，型別支援標量、陣列、與物件，這一點非常好。
bool  apcu_add(key, val, ttl)；

獲取快取，獲取不到返回false，併發情況下容易返回false
mixed apcu_fetch(key)；

樂觀鎖機制，在舊值的基礎上新增新的值
bool apcu_cas(key, int_old, int_new):

清除所有快取
bool apcu_clear_cache()

遞減，引數2支援負數
int apcu_dec(key, 遞減值, 函式返回結果賦值給變數, ttl秒)

從快取中刪除某個元素
bool|array apcu_delete(array|string key)

判斷當前環境能否使用apcu
bool apcu_enabled()

若key不存在，則呼叫callback,並帶有一個預設引數，即key的值
null apcu_entry(key, callback, ttl)

判斷多個key或者單個key是否存在。當引數為array時，函式返回只存在的key組成的陣列
bool|array apcu_exists(string|array key)

獲取某個key的值，若引數1是陣列，那麼結果也是個陣列，只會返回存在的key的值，若key有值引數2為true，否則反之。
bool|array apcu_fetch(array|string key, $var);

遞增，引數2支援負數
int apcu_inc(key, 遞增值, 函式返回結果賦值給變數, ttl秒)

將key的值儲存快取，類比Redis的set，若已存在，可直接替換，引數1也可以傳輸陣列。
bool apcu_store(array|string key, val, ttl)

壓測，對比連線Redis效能

方式 輪次 APCu耗時（秒） Redis耗時（秒）
只讀 10000 0.011 1.162
只寫 10000 0.012 1.062
讀寫，一次new Redis 10000 0.011 2.117
讀寫，多次new Redis 10000 0.011 3.646 
只讀（APCu）：
<?php

$start = microtime(true);
for($i = 0; $i < 10000; $i++) {
    $key = 'apcu'. $i;
    apcu_fetch($key);
}

echo microtime(true) - $start;


只讀（Redis）：
<?php
$redis = new Redis();
$redis->connect('127.0.0.1', 6379);

$start = microtime(true);
for($i = 0; $i < 10000; $i++) {
    $key = 'redis' . $i;
    $redis->get($key);
}

echo microtime(true) - $start;


只寫（APCu）：
<?php

$start = microtime(true);
for($i = 0; $i < 10000; $i++) {
    $key = 'apcu'. $i;
    apcu_add($key, $i);
}

echo microtime(true) - $start;


只寫（Redis）：
<?php
$redis = new Redis();
$redis->connect('127.0.0.1', 6379);

$start = microtime(true);
for($i = 0; $i < 10000; $i++) {
    $key = 'redis' . $i;
    $redis->set($key, $i);
}

echo microtime(true) - $start;


讀寫，一次new Redis（APCu）：
<?php

$start = microtime(true);
for($i = 0; $i < 10000; $i++) {
    $key = 'apcu'. $i;
    apcu_add($key, $i);
    apcu_fetch($key);
}

echo microtime(true) - $start;


讀寫，一次new Redis（Redis）：
<?php
$redis = new Redis();
$redis->connect('127.0.0.1', 6379);

$start = microtime(true);
for($i = 0; $i < 10000; $i++) {
    $key = 'redis' . $i;
    $redis->set($key, $i);
    $redis->get($key);
}

echo microtime(true) - $start;


讀寫，多次new Redis（APCu）：
<?php

$start = microtime(true);
for($i = 0; $i < 10000; $i++) {
    $key = 'apcu'. $i;
    apcu_add($key, $i);
    apcu_fetch($key);
}

echo microtime(true) - $start;


讀寫，多次new Redis（Redis）：
<?php
$start = microtime(true);
for($i = 0; $i < 10000; $i++) {
	$redis = new Redis();
	$redis->connect('127.0.0.1', 6379);
    $key = 'redis' . $i;
    $redis->set($key, $i);
    $redis->get($key);
}

高併發下對APCu原子性測試

壓測工具用ApiPOST，我認為比ab工具好用。
壓測前，為了保證ApiPOST壓測引數（壓測輪次 * 併發數 結果積）的準確性，特地用Redis做了多次測試，發現引數是對的，併發數大了就不對（150以上），這意味著壓測工具應該沒問題，只是裝置執行緒數不夠。

<?php
$redis = new Redis();
$redis->connect('127.0.0.1', 6379);
$redis->decr('test_key');

多條APCu語句執行能才能測試更能充分原子性，併發100，測試10輪次，也就是1000次請求，但是多次壓測下來，結果不對。apcu_fetch獲取值動不動就是false，導致結果重新賦值為10000（在不存在的情況下賦初始值），有併發問題，但不是因為併發引起的，而是因為apcu_fetch函式的問題，獲取不到值返回false。

<?php
$key = 'test_key';

$res = apcu_fetch($key);
if($res === false) {
    apcu_add($key, 10000);
} else {
    apcu_delete($key);
    apcu_add($key, $res - 1);
}

echo apcu_fetch($key);

相關文章