如何用PHP解決高併發問題？ （附原始碼）

上篇文章為大家介紹了《讓我們再進一步了解PHP流程控制語句之if語句吧！ ！ ！ (附原始碼)》，本文繼續介紹PHP為高並發問題

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舉個例子，高速路口，1秒鐘來5部車，每秒通過5部車，高速路口運作正常。突然，這個路口1秒鐘只能通過4部車，車流量仍依舊，結果必定出現大塞車。 （5條車道忽然變成4條車道的感覺）

同理，某一個秒內，20*500個可用連接進程都在滿載工作中，卻仍然有1萬個新來請求，沒有連線進程可用，系統陷入到異常狀態也是預期之內。

其實在正常的非高並發的業務場景中，也有類似的情況出現，某個業務請求介面出現問題，回應時間極慢，將整個Web請求回應時間拉得很長，逐漸將Web伺服器的可用連線數佔滿，其他正常的業務請求，無連線進程可用。

更可怕的問題是，是使用者的行為特點，系統越是不可用，使用者的點擊越頻繁，惡性循環最終導致「雪崩」（其中一台Web機器掛了，導致流量分散到其他正常運作的機器上，再導致正常的機器也掛，然後惡性循環），將整個Web系統拖垮。

重啟與過載保護

如果系統發生“雪崩”，貿然重啟服務，是無法解決問題的。最常見的現像是，啟動起來後，立刻掛掉。這個時候，最好在入口層將流量拒絕，然後再重新啟動。如果是redis/memcache這種服務也掛了，重啟的時候需要注意“預熱”，並且很可能需要比較長的時間。

秒殺和搶購的場景，流量往往是超乎我們系統的準備和想像的。這時候，過載保護是必要的。如果偵測到系統滿載狀態，拒絕請求也是一種保護措施。在前端設定過濾是最簡單的方式，但是，這種做法是被使用者「千夫所指」的行為。更合適一點的是，將過載保護設置在CGI入口層，快速將客戶的直接請求返回

高並發下的資料安全

我們知道在多執行緒寫入同一個檔案的時候，會存現「執行緒安全」的問題（多個執行緒同時執行同一段程式碼，如果每次執行結果和單執行緒運行的結果是一樣的，結果和預期相同，就是執行緒安全的）。如果是MySQL資料庫，可以使用它自帶的鎖定機制很好的解決問題，但是，在大規模並發的場景中，是不建議使用MySQL的。秒殺和搶購的場景中，還有另一個問題，就是“超發”，如果在這方面控制不慎，會產生發送過多的情況。我們也曾經聽說過，某些電商搞搶購活動，買家成功拍攝後，商家卻不承認訂單有效，拒絕出貨。這裡的問題，也許不一定是商家姦詐，而是系統技術層面有超發風險所導致的。

1. 超發的原因

假設某個搶購場景中，我們一共只有100個商品，在最後一刻，我們已經消耗了99個商品，只剩下最後一個。這時候，系統發來多個並發請求，這批請求讀取到的商品餘裕都是99個，然後都通過了這一個餘量判斷，最終導致超發。 （同文章前面說的場景）

在上面的這個圖中，就導致了並髮用戶B也“搶購成功”，多讓一個人獲得了商品。這種場景，在高並發的情況下非常容易出現。

最佳化方案1：將庫存欄位number欄位設為unsigned，當庫存為0時，因為欄位不能為負數，會傳回false

 <?php  //优化方案1：将库存字段number字段设为unsigned，当库存为0时，因为字段不能为负数，将会返回false
 include(&#39;./mysql.php&#39;);
 $username = &#39;wang&#39;.rand(0,1000);
 //生成唯一订单
 function build_order_no(){
   return date(&#39;ymd&#39;).substr(implode(NULL, array_map(&#39;ord&#39;, str_split(substr(uniqid(), 7, 13), 1))), 0, 8);
 }
 //记录日志
 function insertLog($event,$type=0,$username){
     global $conn;
     $sql="insert into ih_log(event,type,usernma)
     values(&#39;$event&#39;,&#39;$type&#39;,&#39;$username&#39;)";
     return mysqli_query($conn,$sql);
 }
 function insertOrder($order_sn,$user_id,$goods_id,$sku_id,$price,$username,$number)
 {
       global $conn;
       $sql="insert into ih_order(order_sn,user_id,goods_id,sku_id,price,username,number)
       values(&#39;$order_sn&#39;,&#39;$user_id&#39;,&#39;$goods_id&#39;,&#39;$sku_id&#39;,&#39;$price&#39;,&#39;$username&#39;,&#39;$number&#39;)";
      return  mysqli_query($conn,$sql);
 }
 //模拟下单操作
 //库存是否大于0
 $sql="select number from ih_store where goods_id=&#39;$goods_id&#39; and sku_id=&#39;$sku_id&#39; ";
 $rs=mysqli_query($conn,$sql);
 $row = $rs->fetch_assoc();
   if($row['number']>0){//高并发下会导致超卖
       if($row['number']0";
       $store_rs=mysqli_query($conn,$sql);
       if($store_rs){
           //生成订单
           insertOrder($order_sn,$user_id,$goods_id,$sku_id,$price,$username,$number);
           insertLog('库存减少成功',1,$username);
       }else{
           insertLog('库存减少失败',2,$username);
       }
   }else{
       insertLog('库存不够',3,$username);
   }
 ?>

2. #悲觀鎖定思路

解決線程安全的思路很多，可以從「悲觀鎖」的方向開始討論。

悲觀鎖，也就是在修改資料的時候，採用鎖定狀態，排除外部請求的修改。遇到加鎖的狀態，就必須等待。

虽然上述的方案的确解决了线程安全的问题，但是，别忘记，我们的场景是“高并发”。也就是说，会很多这样的修改请求，每个请求都需要等待“锁”，某些线程可能永远都没有机会抢到这个“锁”，这种请求就会死在那里。同时，这种请求会很多，瞬间增大系统的平均响应时间，结果是可用连接数被耗尽，系统陷入异常。

优化方案2：使用MySQL的事务，锁住操作的行

 <?php  //优化方案2：使用MySQL的事务，锁住操作的行
 include(&#39;./mysql.php&#39;);
 //生成唯一订单号
 function build_order_no(){
   return date(&#39;ymd&#39;).substr(implode(NULL, array_map(&#39;ord&#39;, str_split(substr(uniqid(), 7, 13), 1))), 0, 8);
 }
 //记录日志
 function insertLog($event,$type=0){
     global $conn;
     $sql="insert into ih_log(event,type)
     values(&#39;$event&#39;,&#39;$type&#39;)";
     mysqli_query($conn,$sql);
 }
 //模拟下单操作
 //库存是否大于0
 mysqli_query($conn,"BEGIN");  //开始事务
 $sql="select number from ih_store where goods_id=&#39;$goods_id&#39; and sku_id=&#39;$sku_id&#39; FOR UPDATE";//此时这条记录被锁住,其它事务必须等待此次事务提交后才能执行
 $rs=mysqli_query($conn,$sql);
 $row=$rs->fetch_assoc();
 if($row['number']>0){
     //生成订单
     $order_sn=build_order_no();
     $sql="insert into ih_order(order_sn,user_id,goods_id,sku_id,price)
     values('$order_sn','$user_id','$goods_id','$sku_id','$price')";
     $order_rs=mysqli_query($conn,$sql);
     //库存减少
     $sql="update ih_store set number=number-{$number} where sku_id='$sku_id'";
     $store_rs=mysqli_query($conn,$sql);
     if($store_rs){
       echo '库存减少成功';
         insertLog('库存减少成功');
         mysqli_query($conn,"COMMIT");//事务提交即解锁
     }else{
       echo '库存减少失败';
         insertLog('库存减少失败');
     }
 }else{
   echo '库存不够';
     insertLog('库存不够');
     mysqli_query($conn,"ROLLBACK");
 }
 ?>

3. FIFO队列思路

那好，那么我们稍微修改一下上面的场景，我们直接将请求放入队列中的，采用FIFO（First Input First Output，先进先出），这样的话，我们就不会导致某些请求永远获取不到锁。看到这里，是不是有点强行将多线程变成单线程的感觉哈。

然后，我们现在解决了锁的问题，全部请求采用“先进先出”的队列方式来处理。那么新的问题来了，高并发的场景下，因为请求很多，很可能一瞬间将队列内存“撑爆”，然后系统又陷入到了异常状态。或者设计一个极大的内存队列，也是一种方案，但是，系统处理完一个队列内请求的速度根本无法和疯狂涌入队列中的数目相比。也就是说，队列内的请求会越积累越多，最终Web系统平均响应时候还是会大幅下降，系统还是陷入异常。

4. 文件锁的思路
   对于日IP不高或者说并发数不是很大的应用，一般不用考虑这些！用一般的文件操作方法完全没有问题。但如果并发高，在我们对文件进行读写操作时，很有可能多个进程对进一文件进行操作，如果这时不对文件的访问进行相应的独占，就容易造成数据丢失

优化方案4：使用非阻塞的文件排他锁

 <?php  //优化方案4：使用非阻塞的文件排他锁
 include (&#39;./mysql.php&#39;);
 //生成唯一订单号
 function build_order_no(){
   return date(&#39;ymd&#39;).substr(implode(NULL, array_map(&#39;ord&#39;, str_split(substr(uniqid(), 7, 13), 1))), 0, 8);
 }
 //记录日志
 function insertLog($event,$type=0){
     global $conn;
     $sql="insert into ih_log(event,type)
     values(&#39;$event&#39;,&#39;$type&#39;)";
     mysqli_query($conn,$sql);
 }
 $fp = fopen("lock.txt", "w+");
 if(!flock($fp,LOCK_EX | LOCK_NB)){
     echo "系统繁忙，请稍后再试";
     return;
 }
 //下单
 $sql="select number from ih_store where goods_id=&#39;$goods_id&#39; and sku_id=&#39;$sku_id&#39;";
 $rs =  mysqli_query($conn,$sql);
 $row = $rs->fetch_assoc();
 if($row['number']>0){//库存是否大于0
     //模拟下单操作
     $order_sn=build_order_no();
     $sql="insert into ih_order(order_sn,user_id,goods_id,sku_id,price)
     values('$order_sn','$user_id','$goods_id','$sku_id','$price')";
     $order_rs =  mysqli_query($conn,$sql);
     //库存减少
     $sql="update ih_store set number=number-{$number} where sku_id='$sku_id'";
     $store_rs =  mysqli_query($conn,$sql);
     if($store_rs){
       echo '库存减少成功';
         insertLog('库存减少成功');
         flock($fp,LOCK_UN);//释放锁
     }else{
       echo '库存减少失败';
         insertLog('库存减少失败');
     }
 }else{
   echo '库存不够';
     insertLog('库存不够');
 }
 fclose($fp);
  ?>

 <?php  //优化方案4：使用非阻塞的文件排他锁
 include (&#39;./mysql.php&#39;);
 //生成唯一订单号
 function build_order_no(){
   return date(&#39;ymd&#39;).substr(implode(NULL, array_map(&#39;ord&#39;, str_split(substr(uniqid(), 7, 13), 1))), 0, 8);
 }
 //记录日志
 function insertLog($event,$type=0){
     global $conn;
     $sql="insert into ih_log(event,type)
     values(&#39;$event&#39;,&#39;$type&#39;)";
     mysqli_query($conn,$sql);
 }
 $fp = fopen("lock.txt", "w+");
 if(!flock($fp,LOCK_EX | LOCK_NB)){
     echo "系统繁忙，请稍后再试";
     return;
 }
 //下单
 $sql="select number from ih_store where goods_id=&#39;$goods_id&#39; and sku_id=&#39;$sku_id&#39;";
 $rs =  mysqli_query($conn,$sql);
 $row = $rs->fetch_assoc();
 if($row['number']>0){//库存是否大于0
     //模拟下单操作
     $order_sn=build_order_no();
     $sql="insert into ih_order(order_sn,user_id,goods_id,sku_id,price)
     values('$order_sn','$user_id','$goods_id','$sku_id','$price')";
     $order_rs =  mysqli_query($conn,$sql);
     //库存减少
     $sql="update ih_store set number=number-{$number} where sku_id='$sku_id'";
     $store_rs =  mysqli_query($conn,$sql);
     if($store_rs){
       echo '库存减少成功';
         insertLog('库存减少成功');
         flock($fp,LOCK_UN);//释放锁
     }else{
       echo '库存减少失败';
         insertLog('库存减少失败');
     }
 }else{
   echo '库存不够';
     insertLog('库存不够');
 }
 fclose($fp);
  ?>

5. 乐观锁思路

这个时候，我们就可以讨论一下“乐观锁”的思路了。乐观锁，是相对于“悲观锁”采用更为宽松的加锁机制，大都是采用带版本号（Version）更新。实现就是，这个数据所有请求都有资格去修改，但会获得一个该数据的版本号，只有版本号符合的才能更新成功，其他的返回抢购失败。这样的话，我们就不需要考虑队列的问题，不过，它会增大CPU的计算开销。但是，综合来说，这是一个比较好的解决方案。

有很多软件和服务都“乐观锁”功能的支持，例如Redis中的watch就是其中之一。通过这个实现，我们保证了数据的安全。

优化方案5：Redis中的watch

 <?php  $redis = new redis();
  $result = $redis->connect('127.0.0.1', 6379);
  echo $mywatchkey = $redis->get("mywatchkey");
 /*
   //插入抢购数据
  if($mywatchkey>0)
  {
      $redis->watch("mywatchkey");
   //启动一个新的事务。
     $redis->multi();
    $redis->set("mywatchkey",$mywatchkey-1);
    $result = $redis->exec();
    if($result) {
       $redis->hSet("watchkeylist","user_".mt_rand(1,99999),time());
       $watchkeylist = $redis->hGetAll("watchkeylist");
         echo "抢购成功！<br>";
         $re = $mywatchkey - 1;  
         echo "剩余数量：".$re."<br>";
         echo "用户列表：<pre class="brush:php;toolbar:false">";
         print_r($watchkeylist);
    }else{
       echo "手气不好，再抢购！";exit;
    } 
  }else{
      // $redis->hSet("watchkeylist","user_".mt_rand(1,99999),"12");
      //  $watchkeylist = $redis->hGetAll("watchkeylist");
         echo "fail！<br>";   
         echo ".no result<br>";
         echo "用户列表：<pre class="brush:php;toolbar:false">";
       //  var_dump($watchkeylist); 
  }*/
 $rob_total = 100;   //抢购数量
 if($mywatchkeywatch("mywatchkey");
     $redis->multi(); //在当前连接上启动一个新的事务。
     //插入抢购数据
     $redis->set("mywatchkey",$mywatchkey+1);
     $rob_result = $redis->exec();
     if($rob_result){
          $redis->hSet("watchkeylist","user_".mt_rand(1, 9999),$mywatchkey);
         $mywatchlist = $redis->hGetAll("watchkeylist");
         echo "抢购成功！<br>";
       
         echo "剩余数量：".($rob_total-$mywatchkey-1)."<br>";
         echo "用户列表：<pre class="brush:php;toolbar:false">";
         var_dump($mywatchlist);
     }else{
           $redis->hSet("watchkeylist","user_".mt_rand(1, 9999),'meiqiangdao');
         echo "手气不好，再抢购！";exit;
     }
 }
 ?>

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