1、前言

為什么要構建鎖呢？因為構建合適的鎖可以在高并發(fā)下能夠保持數據的一致性，即客戶端在執(zhí)行連貫的命令時上鎖的數據不會被別的客戶端的更改而發(fā)生錯誤。同時還能夠保證命令執(zhí)行的成功率。

看到這里你不禁要問redis中不是有事務操作么？事務操作不能夠實現上面的功能么？

的確，redis中的事務可以watch可以監(jiān)控數據，從而能夠保證連貫執(zhí)行的時數據的一致性，但是我們必須清楚的認識到，在多個客戶端同時處理相同的數據的時候，很容易導致事務的執(zhí)行失敗，甚至會導致數據的出錯。

在關系型數據庫中，用戶首先向數據庫服務器發(fā)送BEGIN，然后執(zhí)行各個相互一致的寫操作和讀操作，最后用戶可以選擇發(fā)送COMMIT來確認之前的修改，或者發(fā)送ROLLBACK進行回滾。

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為結束（在這一過程中可以使用watch進行監(jiān)控一些key）。進一步分析，redis事務中的命令會先推入隊列，等到EXEC命令出現的時候才會將一條條命令執(zhí)行。假若watch監(jiān)控的key發(fā)生改變，這個事務將會失敗。這也就說明Redis事務中不存在鎖，其他客戶端可以修改正在執(zhí)行事務中的有關數據，這也就為什么在多個客戶端同時處理相同的數據時事務往往會發(fā)生錯誤。

2、簡單理解redis的單線程IO多路復用

Redis采用單線程IO多路復用模型來實現高內存數據服務。何為單線程IO多路復用呢？從字面的意思可以知道redis采用的是單線程、使用的是多個IO。整個過程簡單的來講就是，哪個命令的數據流先到達就先執(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，左邊是車輛進入的通道，哪一輛車先到達就先進入。即哪個IO流先到達就先處理哪個。

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

3、并發(fā)測試

我們就模擬一個簡單典型的并發(fā)測試，然后從這個測試中得出問題，再進一步研究。

并發(fā)測試思路：

1、在redis中設置一個字符串count，運用程序將其取出來加+1，再存儲回去，一直循環(huán)十萬次

2、在兩個瀏覽器上同時執(zhí)行這個代碼

3、將count取出來，查看結果

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、分別在兩個瀏覽器中訪問test.php文件

結果由上圖可知，總共執(zhí)行兩次，count原本應該是二十萬才對的，但實際上count等于十三萬多，遠遠小于二十萬，這是為什么呢？

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

例如：

1、此時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B也緊跟著，也將count=121存進去了

注意：

1、設置循環(huán)次數盡量大一點，太小的話，當在第一個瀏覽器執(zhí)行完畢，第二個瀏覽器還沒開始進行呢

2、必須要兩個瀏覽器同時執(zhí)行。假若在一個瀏覽器中同時執(zhí)行兩次test.php文件，不管是否同時執(zhí)行，最終結果就是count=200000。因為在同一個瀏覽器中執(zhí)行，都是屬于同一個會話（所有命令都在同一個通道通過），所以redis會讓先執(zhí)行的十萬次執(zhí)行完，再接著執(zhí)行其他的十萬次。

4、事務解決與原子性操作解決

4.1、事務解決

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();
}
$end=time();
echo "this OK<br/>";
echo "執(zhí)行時間為：".($end-$start);
?>

執(zhí)行結果失敗，表名使用事務不能夠解決此問題。

分析原因：

我們都知道當redis開啟時，事務中的命令是不執(zhí)行的，而是先將命令壓入隊列，然后當出現exec命令的時候，才會阻塞式的將所有的命令一個接一個的執(zhí)行。

所以當使用PHP中的Redis類進行redis事務的時候，所有有關redis的命令都不會真正的執(zhí)行，而僅僅是將命令發(fā)送到redis中進行存儲起來。

因此下圖中所圈到的$count實際上不是我們想要的數據，而是一個對象，因此test.php中11行出錯。

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');
}
$end=time();
echo "this OK<br/>";
echo "執(zhí)行時間為：".($end-$start);
?>

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

缺點：

僅僅只是解決這里的取出加1的問題，本質上還是沒能解決問題的，在實際環(huán)境中，我們需要做的是一系列操作，不僅僅只是取出加1，因此就很有必要構建一個萬能鎖了。

5、構建分布式鎖　　

我們構造鎖的目的就是在高并發(fā)下消除選擇競爭、保持數據一致性

構造鎖的時候，我們需要注意幾個問題：

1、預防處理持有鎖在執(zhí)行操作的時候進程奔潰，導致死鎖，其他進程一直得不到此鎖

2、持有鎖進程因為操作時間長而導致鎖自動釋放，但本身進程并不知道，最后錯誤的釋放其他進程的鎖

3、一個進程鎖過期后，其他多個進程同時嘗試獲取鎖，并且都成功獲得鎖

我們將不對test.php文件修改了，而是直接建立一個相對比較規(guī)范的面向對象Lock.class.php類文件　　

#建立Lock.class,php文件

<?php
#分布式鎖
class Lock
{
 private $redis=''; #存儲redis對象
 /**
 * @desc 構造函數
 * 
 * @param $host string | redis主機
 * @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();  #獲取唯一標識符
  $timeout=ceil($timeout); #確保是整數
  $end=time()+$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設置過期時間，防止死鎖
    return $identifier;        #返回一維標識符
   }
   elseif ($this->redis->ttl($lockName)===-1) 
   {　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
    $this->redis->expire($lockName, $timeout);  #檢測是否有設置過期時間，沒有則加上（假設，客戶端A上一步沒能設置時間就進程奔潰了，客戶端B就可檢測出來，并設置時間）
   }
   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');
?>

測試結果：

在兩個不同的瀏覽器中執(zhí)行，最終結果count=200000，但是耗時相對較多，需要近八十多秒左右。但是在高并發(fā)下，對同一個數據，二十萬次上鎖執(zhí)行釋放鎖的操作還是可以接受的，甚至已經很不錯了。

以上的簡單例子僅僅只是為了模擬并發(fā)測試并檢驗而已，實際上我們可以使用Lock.class.php中的鎖結合自己的項目加以修改就可以很好地使用這個鎖了。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容，希望本文的內容對大家的學習或者工作能帶來一定的幫助，同時也希望多多支持腳本之家！

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