進(jìn)程間通信

進(jìn)程間通信，指至少兩個(gè)進(jìn)程或線程間傳送數(shù)據(jù)或信號(hào)的一些技術(shù)或方法。進(jìn)程是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)分配資源的最小單位(嚴(yán)格說(shuō)來(lái)是線程)。每個(gè)進(jìn)程都有自己的一部分獨(dú)立的系統(tǒng)資源，彼此是隔離的。為了能使不同的進(jìn)程互相訪問(wèn)資源并進(jìn)行協(xié)調(diào)工作，才有了進(jìn)程間通信。

根據(jù)定義可知，要進(jìn)行進(jìn)程間通信，我們需要解決兩個(gè)問(wèn)題：

• 互相訪問(wèn)：消息傳輸和暫時(shí)存儲(chǔ)介質(zhì)選擇問(wèn)題；
• 協(xié)調(diào)工作：消息的存取沖突問(wèn)題；

文章介紹的中心就是圍繞著這么兩點(diǎn)來(lái)說(shuō)的， 為了更使文章更簡(jiǎn)明，這邊以之前在公司做的一個(gè)需求為例:

需要一個(gè)循環(huán)ID生成器，循環(huán)生成從 Min 到 Max 的數(shù)字ID，在ID遞增到 Max 后，返回到 Min 重新開(kāi)始遞增；必須能保證多個(gè)進(jìn)程并發(fā)請(qǐng)求時(shí)生成的ID不同。

此需求要解決的問(wèn)題恰好為我們要解決的進(jìn)程間通信需要解決的兩個(gè)問(wèn)題：

• 需要一個(gè)消息傳輸通道來(lái)傳輸和存儲(chǔ)當(dāng)前的遞增值。這個(gè)比較容易解決，我們常用的文件、數(shù)據(jù)庫(kù)、session、緩存等都能做到。
• 需要解決多進(jìn)程同時(shí)訪問(wèn)生成器生成相同ID的問(wèn)題。要滿足這個(gè)需要就必須要用到鎖了，而且為了保證多個(gè)進(jìn)程讀取的數(shù)據(jù)是不同的，需要互斥鎖，另外為了能保證調(diào)用成功率，鎖的獲取最好能實(shí)現(xiàn)自旋。

本文通過(guò)此需求的不同實(shí)現(xiàn)，來(lái)介紹通過(guò)外部介質(zhì)進(jìn)行的進(jìn)程間通信的方式。另外，不只PHP語(yǔ)言，其他語(yǔ)言也能使用這些方法。

文件

flock

文件是最基本的存儲(chǔ)介質(zhì)，它當(dāng)然可以作為消息的傳輸通道來(lái)使用。文件的存取各種語(yǔ)言都有各自的多種方案，問(wèn)題點(diǎn)是多進(jìn)程并發(fā)時(shí)的沖突問(wèn)題。

解決存取沖突問(wèn)題我們使用PHP的flock()函數(shù)：

bool flock ( resource $handle , int $operation [, int $wouldblock ] )

$handler 是 使用fopen($path_to_file)獲取到的文件句柄；

$operation 是 對(duì)文件加鎖的方式，有以下值可選：

LOCK_SH (獲取共享鎖) / LOCK_EX (獲取互斥鎖) / LOCK_UN (解鎖)

這里我們選用互斥鎖，一個(gè)進(jìn)程獲取到互斥鎖后，其他進(jìn)程在嘗試獲取鎖會(huì)被阻塞，直到鎖被釋放，即實(shí)現(xiàn)了自旋；

此外，還有一個(gè)參數(shù) LOCK_NB，flock 在獲取不到鎖時(shí)，默認(rèn)會(huì)阻塞住直到鎖被其他進(jìn)程釋放，傳入 LOCK_NB 與 LOCK_SH 或 LOCK_EX 進(jìn)行或運(yùn)算結(jié)果（LOCK_EX | LOCK_NB），flock 在鎖被其他進(jìn)程占有時(shí)，不會(huì)阻塞，而是直接返回 false，這里僅作介紹，我們并不使用它。

$wouldblock 參數(shù)是一個(gè)引用值，在獲取不到鎖，且不阻塞模式時(shí)，$wouldblock 會(huì)被設(shè)置為 true；（手冊(cè)中說(shuō)阻塞時(shí)才會(huì)被設(shè)置為 true。其實(shí)我也奇怪這個(gè)變量名的。不知道是不是 bug，我的PHP版本是 5.4.5，有知道的煩請(qǐng)解惑）

代碼實(shí)現(xiàn)

下面是循環(huán)ID生成器代碼，說(shuō)明在注釋中:

function getCycleIdFromFile($max, $min = 0) {
    $handler = fopen('/tmp/cycle_id_generator.txt', 'c+');
    if (!flock($handler, LOCK_EX)) {
        throw new Exception('error_get_file_lock!');
    }
    
    $cycle_id = trim(fread($handler, 9));
    $cycle_id++;

    if ($cycle_id > $max) {
        $cycle_id = $min;
    }

    // 文件指針?lè)祷氐轿募^,并向文件內(nèi)寫入新的cycle_id
    rewind($handler);
    fwrite($handler, $cycle_id);

    // 多寫入一些空格為了防止數(shù)值升到多位后,突然置為少位后面的數(shù)字仍保留
    fwrite($handler, str_repeat(' ', 9));

    flock($handler, LOCK_UN);

    return $cycle_id;
}

mysql

select for update

我們常用的 mysql 也可以被當(dāng)作中間介質(zhì)來(lái)實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間的通信，我們規(guī)定好某一個(gè)數(shù)據(jù)表內(nèi)的某一行數(shù)據(jù)作為消息交換的中轉(zhuǎn)站，使用 mysql 自帶的鎖來(lái)協(xié)調(diào)多個(gè)進(jìn)程的存取沖突。

事務(wù)的設(shè)計(jì)目的就是為了解決多進(jìn)程并發(fā)查詢時(shí)數(shù)據(jù)沖突的問(wèn)題，可是我們常用的事務(wù)只能保證數(shù)據(jù)沖突時(shí)會(huì)被回滾，數(shù)據(jù)不會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤，并不能實(shí)現(xiàn)請(qǐng)求的并行化。對(duì)一些數(shù)據(jù)沖突回滾的請(qǐng)求，需要我們?cè)谕鈱犹砑舆壿嬛卦嚒?/p>

這里介紹 mysql 的一種語(yǔ)法： select for update，會(huì)給固定數(shù)據(jù)加上互斥鎖，且另一個(gè)請(qǐng)求在獲取鎖失敗時(shí)，會(huì)阻塞至獲取鎖成功，mysql 幫我們實(shí)現(xiàn)了自旋；

用法如下：

1.關(guān)閉 mysql 的自動(dòng)提交，自動(dòng)提交默認(rèn)打開(kāi)，除非使用 transition 語(yǔ)句顯示開(kāi)啟事務(wù)，默認(rèn)會(huì)將每一條 sql 作為一個(gè)事務(wù)直接提交執(zhí)行，這里關(guān)閉。 set autocommit=0;

2.使用select for update 語(yǔ)句給數(shù)據(jù)添加互斥鎖。注意：需求 mysql 的 innodb 引擎支持;

3.進(jìn)行數(shù)據(jù)更新和處理操作；

4.主動(dòng)提交事務(wù)，并將 自動(dòng)提交恢復(fù)；commit; set autocommit=1;

代碼實(shí)現(xiàn)

然后是代碼實(shí)現(xiàn)：

// 數(shù)據(jù)庫(kù)連接實(shí)現(xiàn)各有不同，demo 可以自己修改一下。
function getCycleIdFromMysql($max, $min = 0){
    Db::db()->execute('set autocommit = 0');
    $res = Db::db()->qsqlone('SELECT cycle_id FROM cycle_id_generator WHERE id = 1 FOR UPDATE');

    $cycle_id = $res['cycle_id'] + 1;
    if($cycle_id > $max){
        $cycle_id = $min;
    }

    Db::db()->execute("UPDATE cycle_id_generator SET cycle_id = {$cycle_id} WHERE id = 1");

    Db::db()->execute('commit');
    Db::db()->execute('set autocommit = 1');

    return $cycle_id;
}

redis

incr

redis 是我們常用的緩存服務(wù)器，由于其使用內(nèi)存存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，性能很高。我們使用一個(gè)固定的普通鍵來(lái)作為消息中轉(zhuǎn)站，然后利用其incr命令的原子性和其執(zhí)行結(jié)果（遞增后的值），實(shí)現(xiàn) cycle_id 的遞增。

incr(key) 若 key 不存在，redis 會(huì)先將值設(shè)置為0，然后執(zhí)行遞增操作；

遞增沒(méi)有問(wèn)題，可是我們還有個(gè)需求是在要其值達(dá)到 max 時(shí)，再將其置為 min，這時(shí)就可能會(huì)出現(xiàn)進(jìn)程A在更新值為 min 時(shí)，另一個(gè)進(jìn)程B也檢測(cè)到值大于了 max，然后將值置為 min，可是這時(shí)的值已經(jīng)不是 max，即發(fā)生了值重復(fù)更新，那么返回的值必然會(huì)有重復(fù)；

這時(shí)，我們就需要自己來(lái)實(shí)現(xiàn)鎖了。

SETNX

redis 的 SETNX 命令檢測(cè)某一個(gè) key 是否存在，若不存在，則將 key 的值設(shè)置為 value,并返回結(jié)果1； 若 key 已存在，則設(shè)置失敗，返回值0。

SETNX key value

它能實(shí)現(xiàn)鎖是因?yàn)樗且粋€(gè)原子命令，即 檢測(cè) key 是否存在和設(shè)置 key 值在一個(gè)事務(wù)內(nèi)，不會(huì)出現(xiàn)同時(shí)兩個(gè)進(jìn)程都檢測(cè)到 key 不存在，然后同時(shí)去設(shè)置 key 的情況。

我們以另一個(gè)值的存在與否，來(lái)表示 cycle_id 是否正在被另一個(gè)進(jìn)程修改。

代碼實(shí)現(xiàn)

 function getCycleIdFromRedis($max, $min = 0) {
    $redis = new Redis();
    $redis->connect('127.0.0.1', 6379);
    $key_id = 'cycle_id_generator';

    $cycle_id = $redis->incr($key_id);
    
    if ($cycle_id > $max) {
        // 設(shè)置"鎖鍵"的結(jié)果 = 獲取互斥結(jié)果
        $key_lock = 'cycle_id_lock';
        if (!$redis->setnx($key_lock, 1)) {
            return null;
        }

        $cycle_id = $min;
        $redis->set($key_id, $cycle_id);

        // 最后別忘記釋放互斥鎖
        $redis->delete($key_lock);
    }

    $redis->close();

    return $cycle_id;
}

注意：由于 redis 里沒(méi)有能實(shí)現(xiàn)自旋鎖的命令，如果需求最高的獲取成功率，我們?cè)跈z測(cè)到 cycle_id 已經(jīng)是最大值，且試圖修改獲取鎖失敗時(shí)，退出重試，在外層進(jìn)行重試。

function getCycleId($max, $min = 0) {
    $cycle_id = getCycleIdFromRedis($max, $min);
    if (!is_null($cycle_id)) {
        return $cycle_id;
    }
    // 稍微等待下正在更改的進(jìn)程
    usleep(500);
    // 這里使用遞歸,直至獲取成功  并發(fā)很高,cycle_id重置很頻繁時(shí)慎用.
    return getCycleId($max, $min);
}

優(yōu)化

審查代碼我們會(huì)發(fā)現(xiàn)，如果 max-min 的值很小的話，redis 會(huì)需要經(jīng)常重置 key 的值，也就經(jīng)常需要加鎖，重試也就很多。這里，我提供一個(gè)優(yōu)化方法：

我們將其 max 設(shè)置為一個(gè)很大的值（要能被 max-min 整除），返回值時(shí)稍做處理，返回 $current % ($max - $min) + $min;。這樣，key 需要遞增到一個(gè)很大的值才會(huì)被重置，加鎖邏輯和外層邏輯會(huì)很少執(zhí)行到，達(dá)到提升效率的目的。

總結(jié)

這里簡(jiǎn)單的評(píng)價(jià)一下上面所說(shuō)的三種方法：

性能上沒(méi)有測(cè)試，而且 redis 的性能跟 ID 的大小差值相關(guān)，不過(guò)猜測(cè)在ID大小差值大的情況下 redis 應(yīng)該更好一點(diǎn)。

代碼上非常直觀，使用 mysql 非常簡(jiǎn)潔，而且 redis 要自己實(shí)現(xiàn)自旋，比較惡心。

實(shí)現(xiàn)上，當(dāng)然是文件最為方便，無(wú)任何添加。

以上就是淺談并發(fā)處理PHP進(jìn)程間通信之外部介質(zhì)的詳細(xì)內(nèi)容，更多關(guān)于并發(fā)處理PHP進(jìn)程間通信之外部介質(zhì)的資料請(qǐng)關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！