在PHP中，如何实现互斥锁，避免同时大量请求查询同一个数据导致缓存失效（被击穿）

2024年5月14日服务端开发1 31,062字数 2530阅读8分26秒阅读模式

很多技术确实也只有用到了才能理解。

之前听到缓存失效的三种情况，缓存雪崩、缓存穿透、缓存击穿是很难理解的，因为那时候用的缓存确实比较少，没有那么多问题，也就理解不了这些理论。

最近用了一段时间的缓存，再看这个理论也就熟悉很多了。

首先说一下今天遇到的这个问题：

在 PHP 中开发接口中，需要为客户端提供三个接口，以显示商品相关的信息。

而这三个接口的数据，都来自于同一个外部接口。

为了避免三个后端接口调用三次外部接口数据，于是我就用了缓存，根据商品ID，相同的商品第一次调用后就缓存起来，后面其它的接口就可以直接用缓存数据，而无需重复调用外部接口。

听起来很合理对吧，以下是第一次的代码：

public function getGoodsData($goodsId, $pid = '', $relationId = '')
{
    $cacheName = 'goods_' . $goodsId;
    $responseArray = Cache::get($cacheName);
    if (empty($responseArray)) {
        $responseArray = $this->getGoodsDataFromApi($goodsId, $pid, $relationId);
        Cache::set($cacheName, $responseArray, 7200);
    }
    return $responseArray;
}

但查看日志就发现不对劲了，每次都还是发了三次外部请求，缓存压根就没用。

再一想也就理解了，因为这三个接口，客户端是同时请求的，完全没有串行啥的，也就意味着这个方法是同时被调用的，这个时候缓存里面根本就没有数据，所以就要发三次请求，缓存完全失效了。

这个时候互斥锁就可以发挥作用了。

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互斥锁

互斥锁（Mutex，Mutual Exclusion Lock）是一种用于控制对共享资源的访问的同步机制。它确保在任何给定的时刻，只有一个线程或进程可以访问共享资源，而其他线程或进程必须等待。

在 PHP 中实现互斥锁可以使用 PHP 提供的扩展或者基于文件、数据库等方式来实现。

本期主要利用文件锁来实现，也就是方法二，不需要安装任何额外的扩展即可实现，比较简单。

如果愿意的话，也可以使用 PHP 扩展 Mutex 来实现，可以看方法一。

方法一、使用 PHP 扩展 Mutex

PHP 提供了一个名为 Mutex 的扩展来实现互斥锁，需要单独安装扩展。

可以使用 Mutex 扩展来确保在多个进程中对共享资源的访问是安全的。

使用示例：

<?php
$mutex = Mutex::create();

if (Mutex::lock($mutex)) {
    // 这里是临界区，对共享资源进行操作
    // 例如：写入文件、访问数据库等操作

    Mutex::unlock($mutex);
} else {
    // 无法获取锁，处理失败逻辑
}

Mutex::destroy($mutex);
?>

方法二、使用文件锁

文件锁（file lock）实现互斥锁的原理主要利用了操作系统对文件锁定机制的支持。具体来说，它依赖于文件系统提供的文件锁定功能，确保同一时间只有一个进程可以对文件进行排他性访问。

在 PHP 中，可以使用 flock() 函数来实现文件锁。flock() 函数提供了一种简单的接口来使用操作系统的文件锁功能。我们首先尝试获取一个文件锁。如果能够获取到锁，则在临界区内进行操作：检查缓存是否存在，如果不存在则从 API 获取数据并缓存；然后释放锁。如果无法获取到锁，则等待一段时间后再次尝试获取锁。

通过这种方式，相同的 $goodsId 在同时请求时只会有一个请求进入临界区进行 API 访问，其他请求会等待该请求完成后再继续执行。

可以看下面优化后的代码：

public function getGoodsData($goodsId, $pid = '', $relationId = '')
{
    $cacheName = 'goods_' . $goodsId;

    // 尝试从缓存获取数据
    $responseArray = Cache::get($cacheName);

    // 如果缓存不存在，则尝试获取文件锁
    if (empty($responseArray)) {
        $lockFile = root_path() . "/runtime/temp/goods_lock_" . $this->safeFileName($goodsId) . ".lock";
        $fp = fopen($lockFile, "w+");

        // 尝试获取文件锁
        if (flock($fp, LOCK_EX)) {
            // 再次检查缓存，因为获取文件锁后可能其他请求已经获取了缓存数据
            $responseArray = Cache::get($cacheName);

            if (empty($responseArray)) {
                // 缓存仍然不存在，从 API 获取数据并缓存
                $responseArray = $this->getGoodsDataFromApi($goodsId, $pid, $relationId);
                Cache::set($cacheName, $responseArray, 7200);
            }

            // 释放锁
            flock($fp, LOCK_UN);

            // 临界区操作完成后，删除锁文件
            unlink($lockFile);
        } else {
            // 无法获取锁，等待一段时间再尝试
            usleep(10000); // 等待 10 毫秒
            fclose($fp);
            // 递归调用自身，等待其他请求完成后再次尝试获取数据
            return $this->getGoodsData($goodsId, $pid, $relationId);
        }

        fclose($fp);
    }

    return $responseArray;
}

现在通过数据库查看请求日子，就可以看到不会出现缓存失效的情况了，只有一个响应是请求了远程数据：

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