解决多线程并发问题

Posted 2020-09-18 竹上

1、文件锁

如果对该表的更新或插入的操作，都会经过一个统一的文件，这种方式是可以解决的多进程并发的问题；

实现方式如下：

public static function cbInventoryReserve() {
        $LOCK_FILE_PATH = $_SERVER[‘DOCUMENT_ROOT‘]."wmsinventoryapi/inventory/InventoryReserve.php";
        $fp = fopen( $LOCK_FILE_PATH, "r" );
        if (!$fp) {
            die("Failed to open the lock file!");
        }
        flock ( $fp, LOCK_EX );
        
    //需要进行的操作
        $params = Flight::request()->getBody();
        $params = json_decode($params, true);
        if (! is_array($params) || empty($params)) {
            Flight::sendRouteResult(array("error_code" => "40002","error_info" => "params empty"));
        }
        $result = \Inventory\InventoryEngine::getInstance()->inventoryReserve($params);
        
        flock ( $fp, LOCK_UN );
        fclose ( $fp );
        Flight::sendRouteResult($result);
    }

　　函数说明  flock()会依参数operation所指定的方式对参数fd所指的文件做各种锁定或解除锁定的动作。此函数只能锁定整个文件，无法锁定文件的某一区域。

　　 参数  operation有下列四种情况:

　　 LOCK_SH 建立共享锁定。多个进程可同时对同一个文件作共享锁定。

　 LOCK_EX 建立互斥锁定。一个文件同时只有一个互斥锁定。

　 LOCK_UN 解除文件锁定状态。

　　 LOCK_NB 无法建立锁定时，此操作可不被阻断，马上返回进程。通常与LOCK_SH或LOCK_EX 做OR(|)组合。

　　 单一文件无法同时建立共享锁定和互斥锁定，而当使用dup()或fork()时文件描述词不会继承此种锁定。

　　 返回值  返回0表示成功，若有错误则返回-1，错误代码存于errno。

换言之：

 

使用共享锁LOCK_SH，如果是读取，不需要等待，但如果是写入，需要等待读取完成。

 

使用独占锁LOCK_EX，无论写入/读取都需要等待。

 

LOCK_UN，无论使用共享/读占锁，使用完后需要解锁。

 

LOCK_NB，当被锁定时，不阻塞，而是提示锁定。

 

为了更好的移植性，对于文件的打开与关闭我选择了fopen和fclose的组合，但flock的第一个参数要求的是int类型的文件描述符。这里对fopen返回的FILE类型的文件指针进行转换，转换为int型的文件描述符 （假设open函数返回的文件描述符为fd，而fopen返回的文件指针为*fp，则fd等价于fp->_fileno）.

2、序列化接口（对象序列化）

所有php里面的值都可以使用函数serialize()来返回一个包含字节流的字符串来表示。unserialize()函数能够重新把字符串变回php原来的值。 序列化一个对象将会保存对象的所有变量，但是不会保存对象的方法，只会保存类的名字。

<?php
// classa.inc:
  
  class A {
      public $one = 1;
    
      public function show_one() {
          echo $this->one;
      }
  }
  
// page1.php:

  include("classa.inc");
  
  $a = new A;
  $s = serialize($a);
  // 把变量$s保存起来以便文件page2.php能够读到
  file_put_contents(‘store‘, $s);

// page2.php:
  
  // 要正确了解序列化，必须包含下面一个文件
  include("classa.inc");

  $s = file_get_contents(‘store‘);
  $a = unserialize($s);

  // 现在可以使用对象$a里面的函数 show_one()
  $a->show_one();
?>

3、select *** for update

Select …forupdate语句是我们经常使用手工加锁语句。通常情况下，select语句是不会对数据加锁，妨碍影响其他的DML和DDL操作。同时，在多版本一致读机制的支持下，select语句也不会被其他类型语句所阻碍。

借助for update子句，我们可以在应用程序的层面手工实现数据加锁保护操作。

for update子句的默认行为就是自动启动一个事务，借助事务的锁机制将数据进行锁定。

开启一个事务使用for update

start transaction;

select sum(quantity) from ws_inventory_item where inventory_item_id=86 for update;

再开启另一个事务时，做update 操作的时，只能等待上面的事务，commit才能执行；

start transaction;

update ws_inventory_item set quantity = quantity + 1  where inventory_item_id = 86;

MySQL  使用 SELECT … FOR UPDATE 做事务写入前的确认

以mysql 的InnoDB 为例，预设的 Tansaction isolation level 为 REPEATABLE READ，在 SELECT 的读取锁定主要分为两种方式:

SELECT … LOCK IN SHARE MODE
SELECT … FOR UPDATE

这两种方式在事务(Transaction) 进行当中SELECT 到同一个数据表时，都必须等待其它事务数据被提交(Commit)后才会执行。而主要的不同在于LOCK IN SHARE MODE 在有一方事务要Update 同一个表单时很容易造成死锁 。

简单的说，如果SELECT 后面若要UPDATE 同一个表单，最好使用 SELECT … UPDATE。

举个例子：假设商品表单products 内有一个存放商品数量的quantity ，在订单成立之前必须先确定quantity 商品数量是否足够(quantity>0) ，然后才把数量更新为1。

不安全的做法：

SELECT quantity FROM products WHERE id=3;
UPDATE products SET quantity = 1 WHERE id=3;

为什么不安全呢？

少量的状况下或许不会有问题，但是大量的数据存取「铁定」会出问题。

如果我们需要在 quantity>0 的情况下才能扣库存，假设程序在第一行 SELECT 读到的 quantity 是 2 ，看起来数字没有错，但是当MySQL 正准备要UPDATE 的时候，可能已经有人把库存扣成 0 了，但是程序却浑然不知，将错就错的 UPDATE 下去了。

因此必须透过的事务机制来确保读取及提交的数据都是正确的。

于是我们在MySQL 就可以这样测试：(注1)

1    SET AUTOCOMMIT=0;
2    BEGIN WORK;
3    SELECT quantity FROM products WHERE id=3 FOR UPDATE;

此时 products 数据中 id=3 的数据被锁住(注3)，其它事务必须等待此次事务提交后才能执行 SELECT * FROM products WHERE id=3 FOR UPDATE (注2)如此可以确保 quantity 在别的事务读到的数字是正确的。

1    UPDATE products SET quantity = ‘1‘ WHERE id=3 ;
2    COMMIT WORK;

提交(Commit)写入数据库，products 解锁。

注1：BEGIN/COMMIT 为事务的起始及结束点，可使用二个以上的MySQL Command 视窗来交互观察锁定的状况。

注2：在事务进行当中，只有SELECT … FOR UPDATE 或LOCK IN SHARE MODE 同一笔数据时会等待其它事务结束后才执行，一般SELECT … 则不受此影响。

注3：由于InnoDB 预设为Row-level Lock，数据列的锁定可参考这篇。

注4：InnoDB 表单尽量不要使用LOCK TABLES 指令，若情非得已要使用，请先看官方对于InnoDB 使用LOCK TABLES 的说明，以免造成系统经常发生死锁。

 

MySQL SELECT … FOR UPDATE 的 Row Lock 与 Table Lock

上面介绍过SELECT … FOR UPDATE 的用法，不过锁定(Lock)的数据是判别就得要注意一下了。由于InnoDB 预设是Row-Level Lock，所以只有「明确」地指定主键，MySQL 才会执行 Row lock (只锁住被选取的数据) ，否则MySQL 将会执行 Table Lock (将整个数据表单给锁住)。

举个例子:

假设有个表单products ，里面有id 跟name 二个栏位，id 是主键。

例1: (明确指定主键，并且有此数据，row lock)

 

     SELECT * FROM products WHERE id=‘3‘ FOR UPDATE;

例2: (明确指定主键，若查无此数据，无lock)

     SELECT * FROM products WHERE id=‘-1‘ FOR UPDATE;

例2: (无主键，table lock)

     SELECT * FROM products WHERE name=‘Mouse‘ FOR UPDATE;

例3: (主键不明确，table lock)

     SELECT * FROM products WHERE id<>‘3‘ FOR UPDATE;

例4: (主键不明确，table lock)

     SELECT * FROM products WHERE id LIKE ‘3‘ FOR UPDATE;

注1: FOR UPDATE 仅适用于InnoDB，且必须在事务区块(BEGIN/COMMIT)中才能生效。

注2: 要测试锁定的状况，可以利用MySQL 的Command Mode ，开二个视窗来做测试。

 

4、事务隔离级别

如何解决多进程或多线程并发问题

本节转载，原文地址：http://singo107.iteye.com/blog/1175084

数据库事务的隔离级别有4个，由低到高依次为Read uncommitted、Read committed、Repeatable read、Serializable，这四个级别可以逐个解决脏读、不可重复读、幻读这几类问题。

 

√: 可能出现    ×: 不会出现

	脏读	不可重复读	幻读
Read uncommitted	√	√	√
Read committed	×	√	√
Repeatable read	×	×	√
Serializable	×	×	×

 

注意：我们讨论隔离级别的场景，主要是在多个事务并发的情况下，因此，接下来的讲解都围绕事务并发。

Read uncommitted 读未提交

公司发工资了，领导把5000元打到singo的账号上，但是该事务并未提交，而singo正好去查看账户，发现工资已经到账，是5000元整，非常高兴。可是不幸的是，领导发现发给singo的工资金额不对，是2000元，于是迅速回滚了事务，修改金额后，将事务提交，最后singo实际的工资只有2000元，singo空欢喜一场。

 

出现上述情况，即我们所说的脏读，两个并发的事务，“事务A：领导给singo发工资”、“事务B：singo查询工资账户”，事务B读取了事务A尚未提交的数据。

当隔离级别设置为Read uncommitted时，就可能出现脏读，如何避免脏读，请看下一个隔离级别。

Read committed 读提交

singo拿着工资卡去消费，系统读取到卡里确实有2000元，而此时她的老婆也正好在网上转账，把singo工资卡的2000元转到另一账户，并在singo之前提交了事务，当singo扣款时，系统检查到singo的工资卡已经没有钱，扣款失败，singo十分纳闷，明明卡里有钱，为何......

出现上述情况，即我们所说的不可重复读，两个并发的事务，“事务A：singo消费”、“事务B：singo的老婆网上转账”，事务A事先读取了数据，事务B紧接了更新了数据，并提交了事务，而事务A再次读取该数据时，数据已经发生了改变。

当隔离级别设置为Read committed时，避免了脏读，但是可能会造成不可重复读。

大多数数据库的默认级别就是Read committed，比如Sql Server , Oracle。如何解决不可重复读这一问题，请看下一个隔离级别。

Repeatable read 重复读

当隔离级别设置为Repeatable read时，可以避免不可重复读。当singo拿着工资卡去消费时，一旦系统开始读取工资卡信息（即事务开始），singo的老婆就不可能对该记录进行修改，也就是singo的老婆不能在此时转账。

虽然Repeatable read避免了不可重复读，但还有可能出现幻读。

singo的老婆工作在银行部门，她时常通过银行内部系统查看singo的信用卡消费记录。有一天，她正在查询到singo当月信用卡的总消费金额（select sum(amount) from transaction where month = 本月）为80元，而singo此时正好在外面胡吃海塞后在收银台买单，消费1000元，即新增了一条1000元的消费记录（insert transaction ... ），并提交了事务，随后singo的老婆将singo当月信用卡消费的明细打印到A4纸上，却发现消费总额为1080元，singo的老婆很诧异，以为出现了幻觉，幻读就这样产生了。

注：Mysql的默认隔离级别就是Repeatable read。

Serializable 序列化

Serializable是最高的事务隔离级别，同时代价也花费最高，性能很低，一般很少使用，在该级别下，事务顺序执行，不仅可以避免脏读、不可重复读，还避免了幻像读。

 Mysql事务隔离级别设置方式

用户可以用SET TRANSACTION语句改变单个会话或者所有新进连接的隔离级别。它的语法如下：

SET [SESSION | GLOBAL] TRANSACTION ISOLATION LEVEL {READ UNCOMMITTED | READ COMMITTED | REPEATABLE READ | SERIALIZABLE}

 

注意：默认的行为（不带session和global）是为下一个（未开始）事务设置隔离级别。如果你使用GLOBAL关键字，语句在全局对从那点开始创建的所有新连接（除了不存在的连接）设置默认事务级别。你需要SUPER权限来做这个。使用SESSION 关键字为将来在当前连接上执行的事务设置默认事务级别。 任何客户端都能自由改变会话隔离级别（甚至在事务的中间），或者为下一个事务设置隔离级别。 

 

 

 

Java 多线程并发编程会有许多不同的问题，主要有如下问题的应用：

 

1. 多线程读写共享数据同步问题
2. 并发读数据，保持各个线程读取到的数据一致性的问题。

解决方案：

1. synchronized关键字和Lock并发锁：主要解决多线程共享数据同步问题。 
2. ThreadLocal主要解决多线程中数据因并发产生不一致问题。

 

ThreadLocal与synchronized有本质的区别:

 synchronized是利用锁的机制，使变量或代码块在某一时该只能被一个线程访问。

而ThreadLocal为每一个线程都提供了变量的副本，使得每个线程在某一时间访问到的并不是同一个对象，这样就隔离了多个线程对数据的数据共享。

ThreadLocal与synchronized有本质的区别:

 synchronized是利用锁的机制，使变量或代码块在某一时该只能被一个线程访问。而ThreadLocal为每一个线程都提供了变量的副本，使得每个线程在某一时间访问到的并不是同一个对象，这样就隔离了多个线程对数据的数据共享。而Synchronized却正好相反，它用于在多个线程间通信时能够获得数据共享。

ThreadLocal与synchronized有本质的区别:

 synchronized是利用锁的机制，使变量或代码块在某一时该只能被一个线程访问。而ThreadLocal为每一个线程都提供了变量的副本，使得每个线程在某一时间访问到的并不是同一个对象，这样就隔离了多个线程对数据的数据共享。而Synchronized却正好相反，它用于在多个线程间通信时能够获得数据共享。

ThreadLocal是什么？

早在JDK 1.2的版本中就提供Java.lang.ThreadLocal，ThreadLocal为解决多线程程序的并发问题提供了一种新的思路。使用这个工具类可以很简洁地编写出优美的多线程程序。

ThreadLocal很容易让人望文生义，想当然地认为是一个“本地线程”。其实，ThreadLocal并不是一个Thread，而是Thread的局部变量，也许把它命名为ThreadLocalVariable更容易让人理解一些。

当使用ThreadLocal维护变量时，ThreadLocal为每个使用该变量的线程提供独立的变量副本，所以每一个线程都可以独立地改变自己的副本，而不会影响其它线程所对应的副本。

从线程的角度看，目标变量就象是线程的本地变量，这也是类名中“Local”所要表达的意思。

线程局部变量并不是Java的新发明，很多语言（如IBM IBM XL FORTRAN）在语法层面就提供线程局部变量。在Java中没有提供在语言级支持，而是变相地通过ThreadLocal的类提供支持。

所以，在Java中编写线程局部变量的代码相对来说要笨拙一些，因此造成线程局部变量没有在Java开发者中得到很好的普及。

ThreadLocal的接口方法

ThreadLocal类接口很简单，只有4个方法，我们先来了解一下：

void set(Object value)
设置当前线程的线程局部变量的值。

public Object get()
该方法返回当前线程所对应的线程局部变量。

public void remove()
将当前线程局部变量的值删除，目的是为了减少内存的占用，该方法是JDK 5.0新增的方法。需要指出的是，当线程结束后，对应该线程的局部变量将自动被垃圾回收，所以显式调用该方法清除线程的局部变量并不是必须的操作，但它可以加快内存回收的速度。

protected Object initialValue()
返回该线程局部变量的初始值，该方法是一个protected的方法，显然是为了让子类覆盖而设计的。这个方法是一个延迟调用方法，在线程第1次调用get()或set(Object)时才执行，并且仅执行1次。ThreadLocal中的缺省实现直接返回一个null。

 

值得一提的是，在JDK5.0中，ThreadLocal已经支持泛型，该类的类名已经变为ThreadLocal<T>。API方法也相应进行了调整，新版本的API方法分别是void set(T value)、T get()以及T initialValue()。

ThreadLocal是如何做到为每一个线程维护变量的副本的呢？其实实现的思路很简单：在ThreadLocal类中有一个Map，用于存储每一个线程的变量副本，Map中元素的键为线程对象，而值对应线程的变量副本。我们自己就可以提供一个简单的实现版本：

 

 

1. <span style="font-size:18px;">// 代码清单1 SimpleThreadLocal  
2. class SimpleThreadLocal {  
3.     private Map valueMap = Collections.synchronizedMap(new HashMap());  
4.     public void set(Object newValue) {  
5.         valueMap.put(Thread.currentThread(), newValue);// ①键为线程对象，值为本线程的变量副本  
6.     }  
7.     public Object get() {  
8.         Thread currentThread = Thread.currentThread();  
9.         Object o = valueMap.get(currentThread);// ②返回本线程对应的变量  
10.         if (o == null && !valueMap.containsKey(currentThread)) {// ③如果在Map中不存在，放到Map  
11.             // 中保存起来。  
12.             o = initialValue();  
13.             valueMap.put(currentThread, o);  
14.         }  
15.         return o;  
16.     }  
17.     public void remove() {  
18.         valueMap.remove(Thread.currentThread());  
19.     }  
20.     public Object initialValue() {  
21.         return null;  
22.     }  
23. }</span>  

 

虽然代码清单9?3这个ThreadLocal实现版本显得比较幼稚，但它和JDK所提供的ThreadLocal类在实现思路上是相近的。

一个TheadLocal实例

1. <span style="font-size:18px;">package threadLocalDemo;  
2. public class SequenceNumber {  
3.     // ①通过匿名内部类覆盖ThreadLocal的initialValue()方法，指定初始值  
4.     private static ThreadLocal<Integer> seqNum = new ThreadLocal<Integer>() {  
5.         public Integer initialValue() {  
6.             return 0;  
7.         }  
8.     };  
9.     // ②获取下一个序列值  
10.     public int getNextNum() {  
11.         seqNum.set(seqNum.get() + 1);  
12.         return seqNum.get();  
13.     }  
14.     public static void main(String[] args)  
15.     {  
16.         SequenceNumber sn = new SequenceNumber();  
17.         // ③ 3个线程共享sn，各自产生序列号  
18.         TestClient t1 = new TestClient(sn);  
19.         TestClient t2 = new TestClient(sn);  
20.         TestClient t3 = new TestClient(sn);  
21.         t1.start();  
22.         t2.start();  
23.         t3.start();  
24.     }  
25.     private static class TestClient extends Thread  
26.     {  
27.         private SequenceNumber sn;  
28.         public TestClient(SequenceNumber sn) {  
29.             this.sn = sn;  
30.         }  
31.         public void run()  
32.         {  
33.             for (int i = 0; i < 3; i++) {  
34.                 // ④每个线程打出3个序列值  
35.                 System.out.println("thread[" + Thread.currentThread().getName()+"] sn[" + sn.getNextNum() + "]");  
36.             }  
37.         }  
38.     }  
39. }</span>  

 

参考文献：

1. http://www.xuebuyuan.com/1628079.html
2. http://blog.sina.com.cn/s/blog_5204918b0100d044.html

ThreadLocal与synchronized有本质的区别:

 synchronized是利用锁的机制，使变量或代码块在某一时该只能被一个线程访问。而ThreadLocal为每一个线程都提供了变量的副本，使得每个线程在某一时间访问到的并不是同一个对象，这样就隔离了多个线程对数据的数据共享。而Synchronized却正好相反，它用于在多个线程间通信时能够获得数据共享。