PHP下通过系统信号量加锁方式获取递增序列ID_PHP教程
程序员文章站
2022-03-20 10:48:31
...
在网上搜了搜，有两个办法但都不太好：一个是简单的以进程ID+时间戳，或进程ID+随机数来产生近似的唯一ID，虽简单但对于追求“完美”的我不愿这样凑合，再说Apache2以后进程会维持相当长得时间，生成的ID发生碰撞的几率还是比较大的；第二个思路是通过Mysql的自增字段，这个就更不能考虑了，效率低不说，我的设计里压根就没数据库。
递增ID的获取是个过程：
1. 从全局某个存储中读取ID
2. 给ID加1
3. 将ID重新存入全局存储
在多进程或线程的程序中需要将上述3步作为单步的原子操作，才能保证ID的唯一。
Java中很好解决，这是因为Java程序大多以多线程方式运行，每个线程都能共享Java进程中的变量，并能方便的加线程锁控制线程的运转同步。在PHP中ID全局存储没问题，可以放在session中，大不了放在文件中，但进程间同步就是问题了。
实际上进程调度、管理是操作系统内核必须实现的功能，今天介绍的信号量（也称为信号灯）就是在Unix/Linux上解决进程同步的一项技术。
信号灯原是用在铁路上的管理机制，我们今天看到的铁路大多是双线并行，但有的路段受山势、地形影响只有单条铁轨，必须保证同一时间只能有一列火车运行通过这些路段。早先铁路上就是用信号灯来管理的：没有火车经过时，信号等处于闲置状态，一旦有火车进入此路段，信号灯即变为在用状态，其他的火车经过时就需要等待，等待先前的火车驶出路段信号等变为闲置后，才能进入此路段，一旦又有火车进入，信号灯又变为繁忙......，以此来保障铁路运行的安全畅通。
Unix系统就像铁路管理局控制信号灯一样管理控制信号量的状态，因此也可以这样说信号量是由内核管理的，信号量不仅能控制进程间的同步，同样可以控制线程间的同步。
信号量属于系统进程间通讯技术(IPC)，今天我们只从PHP角度介绍信号量的使用，有关IPC的技术细节可参考Stevens的权威著作《UNIX网络编程第二卷 进程间通信》。
先看最终的代码：
// ---------------------------------------------------
// 递增序列号ID(1~1000000000)
//
// ID存储在共享内存中(shared memory)，通过信号灯(semaphore)同步
// ---------------------------------------------------
$IPC_KEY = 0x1234; //System V IPC KEY
$SEQ_KEY = "SEQ"; //共享内存中存储序列号ID的KEY
//创建或获得一个现有的，以"1234"为KEY的信号量
$sem_id = sem_get($IPC_KEY);
//创建或关联一个现有的，以"1234"为KEY的共享内存
$shm_id = shm_attach($IPC_KEY, 64);
//占有信号量，相当于上锁，同一时间内只有一个流程运行此段代码
sem_acquire($sem_id);
//从共享内存中获得序列号ID
$id = @shm_get_var($shm_id, $SEQ_KEY);
if ($id == NULL || $id >= 1000000000)
{
$id = 1;
}
else
{
$id++;
}
//将"++"后的ID写入共享内存
shm_put_var($shm_id, $SEQ_KEY, $id);
//释放信号量，相当于解锁
sem_release($sem_id);
//关闭共享内存关联
shm_detach($shm_id);
echo "序列号ID:{$id}";
?>
009行，定义了一个16进制的整形KEY，在PHP中只支持System V的IPC机制，需要通过一个KEY关联到指定的资源（消息队列、信号量、共享内存）。
010 行，定义了一个在共享内存中存储递增ID的KEY，这是PHP对System V共享内存的闲置：需要通过类似hashtable的KEY-VALUE方式存储变量。在上面的代码中使用共享内存做ID的存储容器，也可以换为 Session、文件等其他机制，本文重点是信号量，有关共享内存的知识以后在讲（别忘了前面推荐的那本书）。
013行，获得系统中的以1234为KEY的信号量，如果系统中没有就创建一个。
015行，同13行相似，获得系统中的以1234为KEY的共享内存，如果系统中没有就创建一个，第二个参数64表示创建64bytes大小的共享内存。
018～034 行，同步代码区，当一个进程或线程执行sem_acquire函数占有了信号量，到它调用sem_release函数释放信号量的过程内，其他进程或线程执行到sem_acquire会阻塞。021行从共享内存中获得ID，函数shm_get_var前缀"@"是为了屏蔽出错信息（第一次执行时，共享内存中并没有以"SEQ"为KEY的数据，会在页面上打印警告信息）。
其他语句非常简单，不需多讲。
程序编好后，访问这个PHP页面，会递增的输出数字。
我们可以通过系统命令ipcs查看在程序创建的信号量和共享内存：
$ ipcs
------ Shared Memory Segments --------
key shmid owner perms bytes nattch status
0x00001234 1212443 www-data 666 64 0
------ Semaphore Arrays --------
key semid owner perms nsems
0x00001234 163841 www-data 666 3
------ Message Queues --------
key msqid owner perms used-bytes messages
前两段分别是共享内存和信号量，0x00001234既是我们创建的KEY。
也可以通过命令ipcrm删除：
$ ipcrm -M 0x00001234 #删除共享内存
$ ipcrm -S 0x00001234 #删除信号量
---------------------------------------------
PHP手册中关于IPC的资料非常少，这点也不难想象，Stevens已经在十几年前讲得透透的东东，在PHP中只是包装了一下，还有多少必要去深入说明呢？
文本只是借着ID说了说信号量的使用，如果您有更简单的生成自增ID的办法，还望赐教。
可能有朋友还想了解信号量的执行效率，我这里用一句过时的流行语总结： 相当的快。
递增ID的获取是个过程：
1. 从全局某个存储中读取ID
2. 给ID加1
3. 将ID重新存入全局存储
在多进程或线程的程序中需要将上述3步作为单步的原子操作，才能保证ID的唯一。
Java中很好解决，这是因为Java程序大多以多线程方式运行，每个线程都能共享Java进程中的变量，并能方便的加线程锁控制线程的运转同步。在PHP中ID全局存储没问题，可以放在session中，大不了放在文件中，但进程间同步就是问题了。
实际上进程调度、管理是操作系统内核必须实现的功能，今天介绍的信号量（也称为信号灯）就是在Unix/Linux上解决进程同步的一项技术。
信号灯原是用在铁路上的管理机制，我们今天看到的铁路大多是双线并行，但有的路段受山势、地形影响只有单条铁轨，必须保证同一时间只能有一列火车运行通过这些路段。早先铁路上就是用信号灯来管理的：没有火车经过时，信号等处于闲置状态，一旦有火车进入此路段，信号灯即变为在用状态，其他的火车经过时就需要等待，等待先前的火车驶出路段信号等变为闲置后，才能进入此路段，一旦又有火车进入，信号灯又变为繁忙......，以此来保障铁路运行的安全畅通。
Unix系统就像铁路管理局控制信号灯一样管理控制信号量的状态，因此也可以这样说信号量是由内核管理的，信号量不仅能控制进程间的同步，同样可以控制线程间的同步。
信号量属于系统进程间通讯技术(IPC)，今天我们只从PHP角度介绍信号量的使用，有关IPC的技术细节可参考Stevens的权威著作《UNIX网络编程第二卷 进程间通信》。
先看最终的代码：
复制代码 代码如下:
// ---------------------------------------------------
// 递增序列号ID(1~1000000000)
//
// ID存储在共享内存中(shared memory)，通过信号灯(semaphore)同步
// ---------------------------------------------------
$IPC_KEY = 0x1234; //System V IPC KEY
$SEQ_KEY = "SEQ"; //共享内存中存储序列号ID的KEY
//创建或获得一个现有的，以"1234"为KEY的信号量
$sem_id = sem_get($IPC_KEY);
//创建或关联一个现有的，以"1234"为KEY的共享内存
$shm_id = shm_attach($IPC_KEY, 64);
//占有信号量，相当于上锁，同一时间内只有一个流程运行此段代码
sem_acquire($sem_id);
//从共享内存中获得序列号ID
$id = @shm_get_var($shm_id, $SEQ_KEY);
if ($id == NULL || $id >= 1000000000)
{
$id = 1;
}
else
{
$id++;
}
//将"++"后的ID写入共享内存
shm_put_var($shm_id, $SEQ_KEY, $id);
//释放信号量，相当于解锁
sem_release($sem_id);
//关闭共享内存关联
shm_detach($shm_id);
echo "序列号ID:{$id}";
?>
009行，定义了一个16进制的整形KEY，在PHP中只支持System V的IPC机制，需要通过一个KEY关联到指定的资源（消息队列、信号量、共享内存）。
010 行，定义了一个在共享内存中存储递增ID的KEY，这是PHP对System V共享内存的闲置：需要通过类似hashtable的KEY-VALUE方式存储变量。在上面的代码中使用共享内存做ID的存储容器，也可以换为 Session、文件等其他机制，本文重点是信号量，有关共享内存的知识以后在讲（别忘了前面推荐的那本书）。
013行，获得系统中的以1234为KEY的信号量，如果系统中没有就创建一个。
015行，同13行相似，获得系统中的以1234为KEY的共享内存，如果系统中没有就创建一个，第二个参数64表示创建64bytes大小的共享内存。
018～034 行，同步代码区，当一个进程或线程执行sem_acquire函数占有了信号量，到它调用sem_release函数释放信号量的过程内，其他进程或线程执行到sem_acquire会阻塞。021行从共享内存中获得ID，函数shm_get_var前缀"@"是为了屏蔽出错信息（第一次执行时，共享内存中并没有以"SEQ"为KEY的数据，会在页面上打印警告信息）。
其他语句非常简单，不需多讲。
程序编好后，访问这个PHP页面，会递增的输出数字。
我们可以通过系统命令ipcs查看在程序创建的信号量和共享内存：
$ ipcs
------ Shared Memory Segments --------
key shmid owner perms bytes nattch status
0x00001234 1212443 www-data 666 64 0
------ Semaphore Arrays --------
key semid owner perms nsems
0x00001234 163841 www-data 666 3
------ Message Queues --------
key msqid owner perms used-bytes messages
前两段分别是共享内存和信号量，0x00001234既是我们创建的KEY。
也可以通过命令ipcrm删除：
$ ipcrm -M 0x00001234 #删除共享内存
$ ipcrm -S 0x00001234 #删除信号量
---------------------------------------------
PHP手册中关于IPC的资料非常少，这点也不难想象，Stevens已经在十几年前讲得透透的东东，在PHP中只是包装了一下，还有多少必要去深入说明呢？
文本只是借着ID说了说信号量的使用，如果您有更简单的生成自增ID的办法，还望赐教。
可能有朋友还想了解信号量的执行效率，我这里用一句过时的流行语总结： 相当的快。