PHP程序中的文件锁、互斥锁、读写锁使用技巧解析

PHP程序中的文件锁、互斥锁、读写锁

什么是锁

锁（Lock）是多任务操作系统中用来协调对共享资源的访问的方法。在多线程或多进程程序中，访问共享资源时需要采用一些技巧来保证数据正确性。从而避免出现并发读写冲突的问题。

文件锁

在PHP程序中，可利用文件锁技术来实现对某个文件的互斥访问。文件锁的典型应用场景是运用在多进程、多机器上的系统中，使得多个并发的进程或程序可以对某个文件进行独占的修改。

在PHP程序中，文件锁的使用方法有两种：可以采用flock()函数，也可以采用posix functions来进行加锁操作。

flock()函数

flock()函数用于只有基于文件的锁，使用方式如下：

// 打开文件，返回文件指针
$fp = fopen('file.txt', 'w+');

// 开始加锁
if (flock($fp, LOCK_EX)) {
    // 进行文件操作，例如写入内容
    fwrite($fp, 'hello world');

    // 结束操作，解锁文件
    flock($fp, LOCK_UN);
}

// 关闭文件
fclose($fp);

在示例代码中，要进行文件操作时，先使用文件指针打开需要加锁的文件。之后采用flock()函数进行加锁操作。加锁成功后，进行文件操作，之后解锁文件来释放加锁。

Posix functions

Posix functions提供的系统调用适用于除网络文件之外的所有类型文件的阻塞和非阻塞模式的加锁。使用方式如下：

// 打开文件，返回文件指针
$fp = fopen('file.txt', 'w+');

// 创建锁
$lock = flock($fp, LOCK_EX);

// 判断锁是否创建成功
if ($lock !== false) {
    // 进行文件操作，例如写入内容
    fwrite($fp, 'hello world');

    // 解锁文件
    flock($fp, LOCK_UN);
}

// 关闭文件
fclose($fp);

示例说明

假设有两个PHP脚本A和B同时读写文件file.txt，为了避免出现并发读写冲突的问题，我们可以采用文件锁的解决方案。

A.php文件

$file = 'file.txt';
// 写入内容
function write($file, $content) {
    $fp = fopen($file, "w+");
    if (flock($fp, LOCK_EX)) {
        fwrite($fp, $content);
        fflush($fp);
        flock($fp, LOCK_UN);
    }
}
// 写入数据10次
for ($i = 1; $i <= 10; $i++) {
    write($file, $i . "\n");
    sleep(1);
}

B.php文件

$file = 'file.txt';
// 读取内容
function read($file) {
    $fp = fopen($file, "r");
    if (flock($fp, LOCK_SH | LOCK_NB)) {
        $size = filesize($file);
        if ($size > 0) {
            $content = fread($fp, $size);
            return $content;
        }
        flock($fp, LOCK_UN);
    }
}
// 读取数据
echo read($file);

在上述代码中，A.php文件每隔1秒写入1条数据到file.txt文件中，B.php文件则不断从file.txt文件中读取数据，由于采用了文件锁的解决方案，因此可以避免并发读写冲突的问题的发生。

互斥锁

互斥锁（Mutual Exclusion，以下用Mutex表示）是一种特殊的锁，用于在多线程编程中协调对共享资源的访问。在多个线程同时访问共享资源的情况下，使用Mutex可以确保在任意时刻只有一个线程才可以进入临界区，从而避免线程之间的竞争和冲突。

在PHP语言中，可以使用Mutex library提供的mutex相关函数来实现互斥锁操作。

Mutex library

由于Mutex是基于操作系统提供的原子性操作实现的，因此其支持的功能与具体的操作系统有关。在PHP语言中，可以通过Mutex library提供的mutex相关函数来进行Mutex操作。使用方式如下：

$mutex = new Mutex();

if ($mutex->trylock()) {
    // 进入临界区
    // ...
    $mutex->unlock();
}

在示例代码中，新建了一个Mutex实例，使用trylock()函数尝试获取锁。当获取锁成功之后，进入临界区中的代码。之后再使用unlock()函数释放锁，这样就可以保证在任意时刻只有一个线程才能进入临界区。

示例说明

假设有两个PHP脚本A和B要去调用同一个API，为了避免出现并发操作的问题，我们可以采用互斥锁的解决方案。

A.php文件

$mutex = new Mutex();
$api_url = 'http://www.example.com/api.php';

// 调用API接口
function call_api() {
    global $api_url;
    // 使用curl的get方法调用API
    $ch = curl_init();
    curl_setopt($ch, CURLOPT_URL, $api_url);
    curl_setopt($ch, CURLOPT_RETURNTRANSFER, true);
    $response = curl_exec($ch);
    curl_close($ch);
    return $response;
}

// 使用互斥锁保证只有一个线程才能进入临界区
if ($mutex->trylock()) {
    //获取API返回数据
    $data = call_api();

    // 解析JSON数据
    $result = json_decode($data, true);

    // 打印结果
    var_dump($result);
    $mutex->unlock();
}

B.php文件

$mutex = new Mutex();
$api_url = 'http://www.example.com/api.php';

// 调用API接口
function call_api() {
    global $api_url;

    // 使用curl的get方法调用API
    $ch = curl_init();
    curl_setopt($ch, CURLOPT_URL, $api_url);
    curl_setopt($ch, CURLOPT_RETURNTRANSFER, true);
    $response = curl_exec($ch);
    curl_close($ch);
    return $response;
}

// 使用互斥锁保证只有一个线程才能进入临界区
if ($mutex->trylock()) {
    //获取API返回数据
    $data = call_api();

    // 解析JSON数据
    $result = json_decode($data, true);

    // 打印结果
    var_dump($result);
    $mutex->unlock();
}

在上述代码中，A.php文件和B.php文件都需要调用同一个接口，为了避免出现并发操作的问题，我们可以使用互斥锁的解决方案。在A.php和B.php文件的代码中，采用Mutex library提供的mutex相关函数来进行Mutex的加锁和解锁操作。这样保证在任意时刻只有一个线程才能进入临界区，避免并发读写冲突的问题。