1、前言

為什么要構(gòu)建鎖呢？因?yàn)闃?gòu)建合適的鎖可以在高并發(fā)下能夠保持?jǐn)?shù)據(jù)的一致性，即客戶端在執(zhí)行連貫的命令時(shí)上鎖的數(shù)據(jù)不會(huì)被別的客戶端的更改而發(fā)生錯(cuò)誤。同時(shí)還能夠保證命令執(zhí)行的成功率。

看到這里你不禁要問redis中不是有事務(wù)操作么？事務(wù)操作不能夠?qū)崿F(xiàn)上面的功能么？

的確，redis中的事務(wù)可以watch可以監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，從而能夠保證連貫執(zhí)行的時(shí)數(shù)據(jù)的一致性，但是我們必須清楚的認(rèn)識(shí)到，在多個(gè)客戶端同時(shí)處理相同的數(shù)據(jù)的時(shí)候，很容易導(dǎo)致事務(wù)的執(zhí)行失敗，甚至?xí)?dǎo)致數(shù)據(jù)的出錯(cuò)。

在關(guān)系型數(shù)據(jù)庫中，用戶首先向數(shù)據(jù)庫服務(wù)器發(fā)送BEGIN，然后執(zhí)行各個(gè)相互一致的寫操作和讀操作，最后用戶可以選擇發(fā)送COMMIT來確認(rèn)之前的修改，或者發(fā)送ROLLBACK進(jìn)行回滾。

在redis中，通過特殊的命令MULTI為開始，之后用戶傳入一連貫的命令，最后EXEC為結(jié)束（在這一過程中可以使用watch進(jìn)行監(jiān)控一些key）。進(jìn)一步分析，redis事務(wù)中的命令會(huì)先推入隊(duì)列，等到EXEC命令出現(xiàn)的時(shí)候才會(huì)將一條條命令執(zhí)行。假若watch監(jiān)控的key發(fā)生改變，這個(gè)事務(wù)將會(huì)失敗。這也就說明Redis事務(wù)中不存在鎖，其他客戶端可以修改正在執(zhí)行事務(wù)中的有關(guān)數(shù)據(jù)，這也就為什么在多個(gè)客戶端同時(shí)處理相同的數(shù)據(jù)時(shí)事務(wù)往往會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤。

2、簡單理解redis的單線程IO多路復(fù)用

Redis采用單線程IO多路復(fù)用模型來實(shí)現(xiàn)高內(nèi)存數(shù)據(jù)服務(wù)。何為單線程IO多路復(fù)用呢？從字面的意思可以知道redis采用的是單線程、使用的是多個(gè)IO。整個(gè)過程簡單的來講就是，哪個(gè)命令的數(shù)據(jù)流先到達(dá)就先執(zhí)行。

請看下面的形象理解圖：圖中是一座窄橋，只能允許一輛車通過，左邊是車輛進(jìn)入的通道，哪一輛車先到達(dá)就先進(jìn)入。即哪個(gè)IO流先到達(dá)就先處理哪個(gè)。

Linux下網(wǎng)絡(luò)IO使用socket套接字來通訊，普通IO模型只能監(jiān)聽一個(gè)socket，而IO多路復(fù)用可同時(shí)監(jiān)控多個(gè)socket。IO多路復(fù)用避免阻塞在IO上，單線程保存多個(gè)socket的狀態(tài)后輪循處理。

3、并發(fā)測試

我們就模擬一個(gè)簡單典型的并發(fā)測試，然后從這個(gè)測試中得出問題，再進(jìn)一步研究。

并發(fā)測試思路：

1、在redis中設(shè)置一個(gè)字符串count，運(yùn)用程序?qū)⑵淙〕鰜砑?1，再存儲(chǔ)回去，一直循環(huán)十萬次

2、在兩個(gè)瀏覽器上同時(shí)執(zhí)行這個(gè)代碼

3、將count取出來，查看結(jié)果

測試步驟：

1、建立test.php文件

<?php
$redis=new Redis();
$redis->connect('192.168.95.11','6379');
for ($i=0; $i < 100000; $i++) 
{ 
 $count=$redis->get('count');
 $count=$count+1;
 $redis->set('count',$count); 
}
echo "this OK";
?>

2、分別在兩個(gè)瀏覽器中訪問test.php文件

結(jié)果由上圖可知，總共執(zhí)行兩次，count原本應(yīng)該是二十萬才對的，但實(shí)際上count等于十三萬多，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于二十萬，這是為什么呢？

由前面的內(nèi)容可知，redis是采用單線程IO多路復(fù)用模型的。因此我們使用兩個(gè)瀏覽器即為兩個(gè)會(huì)話（A、B），取出、加1、存入這三個(gè)命令并不是原子操作，并且在執(zhí)行取出、存入這兩個(gè)redis命令時(shí)是哪個(gè)客戶端先到就先執(zhí)行。

例如：

1、此時(shí)count=120

2、A取出count=120，緊接著B的取出命令流到了，也將count=120取出

3、A取出后立即加1，并將count=121存回去

4、此時(shí)B也緊跟著，也將count=121存進(jìn)去了

注意：

1、設(shè)置循環(huán)次數(shù)盡量大一點(diǎn)，太小的話，當(dāng)在第一個(gè)瀏覽器執(zhí)行完畢，第二個(gè)瀏覽器還沒開始進(jìn)行呢

2、必須要兩個(gè)瀏覽器同時(shí)執(zhí)行。假若在一個(gè)瀏覽器中同時(shí)執(zhí)行兩次test.php文件，不管是否同時(shí)執(zhí)行，最終結(jié)果就是count=200000。因?yàn)樵谕粋€(gè)瀏覽器中執(zhí)行，都是屬于同一個(gè)會(huì)話（所有命令都在同一個(gè)通道通過），所以redis會(huì)讓先執(zhí)行的十萬次執(zhí)行完，再接著執(zhí)行其他的十萬次。

4、事務(wù)解決與原子性操作解決

4.1、事務(wù)解決

更改后的test.php文件

<?php
header("content-type: text/html;charset=utf8;");
$start=time();
$redis=new Redis();
$redis->connect('192.168.95.11','6379');
for ($i=0; $i < 100000; $i++) 
{ 
 $redis->multi();
 $count=$redis->get('count');
 $count=$count+1;
 $redis->set('count',$count);
 $redis->exec();
}
$end=time();
echo "this OK<br/>";
echo "執(zhí)行時(shí)間為：".($end-$start);
?>

執(zhí)行結(jié)果失敗，表名使用事務(wù)不能夠解決此問題。

分析原因：

我們都知道當(dāng)redis開啟時(shí)，事務(wù)中的命令是不執(zhí)行的，而是先將命令壓入隊(duì)列，然后當(dāng)出現(xiàn)exec命令的時(shí)候，才會(huì)阻塞式的將所有的命令一個(gè)接一個(gè)的執(zhí)行。

所以當(dāng)使用PHP中的Redis類進(jìn)行redis事務(wù)的時(shí)候，所有有關(guān)redis的命令都不會(huì)真正的執(zhí)行，而僅僅是將命令發(fā)送到redis中進(jìn)行存儲(chǔ)起來。

因此下圖中所圈到的$count實(shí)際上不是我們想要的數(shù)據(jù)，而是一個(gè)對象，因此test.php中11行出錯(cuò)。

查看對象count：

4.2、原子性操作incr解決

#更新test.php文件

<?php
header("content-type: text/html;charset=utf8;");
$start=time();
$redis=new Redis();
$redis->connect('192.168.95.11','6379');
for ($i=0; $i < 100000; $i++) 
{ 
 $count=$redis->incr('count');
}
$end=time();
echo "this OK<br/>";
echo "執(zhí)行時(shí)間為：".($end-$start);
?>

兩個(gè)瀏覽器同時(shí)執(zhí)行，耗時(shí)14、15秒，count=200000，可以解決此問題。

缺點(diǎn)：

僅僅只是解決這里的取出加1的問題，本質(zhì)上還是沒能解決問題的，在實(shí)際環(huán)境中，我們需要做的是一系列操作，不僅僅只是取出加1，因此就很有必要構(gòu)建一個(gè)萬能鎖了。

5、構(gòu)建分布式鎖　　

我們構(gòu)造鎖的目的就是在高并發(fā)下消除選擇競爭、保持?jǐn)?shù)據(jù)一致性

構(gòu)造鎖的時(shí)候，我們需要注意幾個(gè)問題：

1、預(yù)防處理持有鎖在執(zhí)行操作的時(shí)候進(jìn)程奔潰，導(dǎo)致死鎖，其他進(jìn)程一直得不到此鎖

2、持有鎖進(jìn)程因?yàn)椴僮鲿r(shí)間長而導(dǎo)致鎖自動(dòng)釋放，但本身進(jìn)程并不知道，最后錯(cuò)誤的釋放其他進(jìn)程的鎖

3、一個(gè)進(jìn)程鎖過期后，其他多個(gè)進(jìn)程同時(shí)嘗試獲取鎖，并且都成功獲得鎖

我們將不對test.php文件修改了，而是直接建立一個(gè)相對比較規(guī)范的面向?qū)ο驦ock.class.php類文件　　

#建立Lock.class,php文件

<?php
#分布式鎖
class Lock
{
 private $redis=''; #存儲(chǔ)redis對象
 /**
 * @desc 構(gòu)造函數(shù)
 * 
 * @param $host string | redis主機(jī)
 * @param $port int | 端口
 */
 public function __construct($host,$port=6379)
 {
  $this->redis=new Redis();
  $this->redis->connect($host,$port);
 } 
 /**
 * @desc 加鎖方法
 *
 * @param $lockName string | 鎖的名字
 * @param $timeout int | 鎖的過期時(shí)間
 *
 * @return 成功返回identifier/失敗返回false
 */
 public function getLock($lockName, $timeout=2)
 {
  $identifier=uniqid();  #獲取唯一標(biāo)識(shí)符
  $timeout=ceil($timeout); #確保是整數(shù)
  $end=time()+$timeout;
  while(time()<$end)   #循環(huán)獲取鎖
  {
   if($this->redis->setnx($lockName, $identifier)) #查看$lockName是否被上鎖
   {
    $this->redis->expire($lockName, $timeout);  #為$lockName設(shè)置過期時(shí)間，防止死鎖
    return $identifier;        #返回一維標(biāo)識(shí)符
   }
   elseif ($this->redis->ttl($lockName)===-1) 
   {　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
    $this->redis->expire($lockName, $timeout);  #檢測是否有設(shè)置過期時(shí)間，沒有則加上（假設(shè)，客戶端A上一步?jīng)]能設(shè)置時(shí)間就進(jìn)程奔潰了，客戶端B就可檢測出來，并設(shè)置時(shí)間）
   }
   usleep(0.001);   #停止0.001ms
  }
  return false;
 }
 /**
 * @desc 釋放鎖
 *
 * @param $lockName string | 鎖名
 * @param $identifier string | 鎖的唯一值
 *
 * @param bool
 */
 public function releaseLock($lockName,$identifier)
 {
  if($this->redis->get($lockName)==$identifier) #判斷是鎖有沒有被其他客戶端修改
  { 
   $this->redis->multi();
   $this->redis->del($lockName); #釋放鎖
   $this->redis->exec();
   return true;
  }
  else
  {
   return false; #其他客戶端修改了鎖，不能刪除別人的鎖
  }
 }
 /**
 * @desc 測試
 * 
 * @param $lockName string | 鎖名
 */
 public function test($lockName)
 {
  $start=time();
  for ($i=0; $i < 10000; $i++) 
  { 
   $identifier=$this->getLock($lockName);
   if($identifier)
   {
    $count=$this->redis->get('count');
    $count=$count+1;
    $this->redis->set('count',$count);
    $this->releaseLock($lockName,$identifier);
   } 
  }
  $end=time();
  echo "this OK<br/>";
  echo "執(zhí)行時(shí)間為：".($end-$start);
 }

}
header("content-type: text/html;charset=utf8;");
$obj=new Lock('192.168.95.11');
$obj->test('lock_count');
?>

測試結(jié)果：

在兩個(gè)不同的瀏覽器中執(zhí)行，最終結(jié)果count=200000，但是耗時(shí)相對較多，需要近八十多秒左右。但是在高并發(fā)下，對同一個(gè)數(shù)據(jù)，二十萬次上鎖執(zhí)行釋放鎖的操作還是可以接受的，甚至已經(jīng)很不錯(cuò)了。

以上的簡單例子僅僅只是為了模擬并發(fā)測試并檢驗(yàn)而已，實(shí)際上我們可以使用Lock.class.php中的鎖結(jié)合自己的項(xiàng)目加以修改就可以很好地使用這個(gè)鎖了。例如商城中的瘋狂搶購、游戲中虛擬商城玩家買賣東西等等。

以上就是本文的全部內(nèi)容，希望本文的內(nèi)容對大家的學(xué)習(xí)或者工作能帶來一定的幫助，同時(shí)也希望多多支持腳本之家！

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