并发
即在同一时刻内有多个完成同一任务的进程或线程在同时运行。
并发一般发生在大流量集中访问如抢购或秒杀等业务场景中，它所带来的影响主要表现在以下两个方面：
1：造成系统的负载压力过大。比如说mysql天生在处理大并发时表现的异常吃力，并发大时经常可以造成数据库挂掉。
2：造成业务资源的竞争出现。比如说兑换一个激活码，并发下可能会出现两个人同时兑换到的同一个激活码。
从开发的经验来看，一般开发者在写程序逻辑时，绝大多数的情况下是没有考虑并发问题的；这其中有两个方面，一是与业务有关，二是与经验有关；其中经验是最重要的，缺乏经验的开发者甚至很难分析一个业务中是否要考虑并发问题。从一般的经验来说：凡是有竞争资源存在的业务中，一般都要考虑到并发问题。
既然并发竟然这么重要，那应该如何来测试了？
测试并发的问题上，开发者不要太把希望寄托在测试人员身上了，很多一般的测试人员可以把你的功能测得基本没有BUG，但对并发这种性能性的测试缺少相关经验。最好的办法是自己写一个并发专用测试用例，然后采用 Apache ab 工具进行并发的模似测试，有关Apache ab 工具的使用请自行查google。
锁
锁是为了保障数据一致性的一种保护方式，举例来说：如果多个人同时对同一个文件进行读写操作，如果不给文件加锁则会产生意想不到的结果。
锁一般用得多的是:共享锁定(其它程序可以同时读)；独占锁定(其它程序靠边站)
我们在PHP中应用最多的有以下三种锁：
1：内存锁
在PHP中可以利用如共享内存的机制来实现，或者直接使用opcode扩展中的eaccelerator(PS)直接提供的相关锁函数.在常规操作中，内存锁的效率是最高的。
2：文件锁
PHP中打开一个文件时可以加不同类型的锁.
3：mysql表锁
mysql内部数据在操作时它会采用队列的方式来处理同一时发来的查询，所以大家不要担心并发查询时它会处理异常的情况。对外它提供的表锁，主要是为了满足我们的业务需要，它是基于线程的。有一点要注意：表锁应用时mysql要损很大的性能。并发大时发现突出。
[经验之谈]：
当我们没有可用的资源来实现内存锁时，可以采用linux下的 /dev/shm 挂接点，这个目录是内存区域的一个映射,即在这个目录中存入文件相当于存入内存中，IO性能肯定远高于磁盘文件的IO了。所以我们可以对这个目录下的特定文件进行加锁,从到达到内存锁的高性能。
(PS):
opcode优化扩展有:(APC,XCache,eAccelerator)具体使用和优化可以看资料整理http://www.cnblogs.com/cuoreqzt/p/3824757.html
从服务器性能优化来讲，opcode优化扩展是一个非常重要的环节，从专业的性能测试可以看出，opcode优化能提高PHP的执行性能很多，表现出来就是搞高并发数。
[Token]
Token 是令牌的意思，有点像任我任的黑木令，一种检验身份/会话合法性的一种机制，一般在SSO这种系统中应用得比较多。
Token 一般有以下几个特性:
１：唯一性，即每个ID都是唯一的。
２：时间有效性，即存在过期时间。
３：一次性使用，即使用一次后就失效。
综合以上特性，我们很自然的想到用缓存机制可以很方便实现Token功能，基于扩展性和性能的考虑，memcache是首选，但不仅限于它，只要可以符合这三点，其它方法也行，比如说 apc,file 等。
[实例应用]
业务场景说明：
网站免费发放购物优惠卷激活码，但每天只放100个免费的，这样就会造成用户每天在 24:00 时集中来兑换。这个需求好像很简单，但存在着并发问题。
以下从最简单的版本开始讲解:
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第1个版本的代码：
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function getCode(){
// 得到一个没有使用的激活码
$row = $db->fetchRow(‘select id,code from codes where stat=0‘);
// 将激活码锁定
$db->execute(‘update codes set stat=1 where id=‘.$row[‘id‘]);
return $row[‘code‘];
}
解说：
这个代码单个执行时是没有BUG吧，但这里存在严重的并发问题，因为此时slelct后的结果都按默认的排序，所以多个进程同时取时，就取到了同一个激活码。
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第2个版本的代码：
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function getCode(){
// 得到一个没有使用的激活码
$row = $db->fetchRow(‘select id,code from codes where stat=0 order by rand()‘);
// 将激活码锁定
$db->execute(‘update codes set stat=1 where id=‘.$row[‘id‘]);
return $row[‘code‘];
}
解说：
采用随机排序后可以降低并发时出现同一个激活码，但并发大时还是会出现大量重复的情况。
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第3个版本的代码：
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function getCode(){
// 防止并发
usleep(mt_rand(1000,10000));
// 得到一个没有使用的激活码
$row = $db->fetchRow(‘select id,code from codes where stat=0 order by rand()‘);
// 将激活码锁定
$db->execute(‘update codes set stat=1 where id=‘.$row[‘id‘]);
return $row[‘code‘];
}
解说：
这里加了随机休眠进程的机制，再结合随机排序，比版本2是优化了很多，但还是不能从根本上解决重复的问题。并且这种方式又会带来新的并发性能问题。因为你增加了响应时间。
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第4个版本的代码：
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function getCode(){
// 锁表
$db->execute(‘lock tables codes write‘);
// 得到一个没有使用的激活码
$row = $db->fetchRow(‘select id,code from codes where stat=0 order by rand()‘);
// 将激活码锁定
$db->execute(‘update codes set stat=1 where id=‘.$row[‘id‘]);
// 解锁
$db->execute(‘unlock tables‘);
return $row[‘code‘];
}
解说：
这里给表加了独占的写锁，其它MYSQL线和在我没有处理完前都要靠边站；但这里有性能问题，前面我说过mysql的锁表机制很损性能的，并且这样有很大的风险,因为一但表没有得到解锁的话，越来越多的连接线程就全卡着不动了，变动sleep状态了。一个网站的性能瓶颈很大程度上就是DB的并发处理能力，这样更降低的DB的并发能力。所以这个方案性价比不是很高。
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第5个版本的代码：
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/*
[内存锁]
如果服务器没安装 eAccelerator 扩展,则可以采用 eaccelerator_lock() eaccelerator_unlock() 性能更好.
这里采用拆中方案: /dev/shm
*/
class memLock{
static private $_fp = null;
// 加锁
static public function lock(){
if(null === self::$_fp){
self::$_fp = fopen(‘/dev/shm/score-exchange.txt‘, ‘w+‘);
}
return flock($_fp, LOCK_EX);
}
// 解锁
static public function unlock(){
flock($_fp, LOCK_UN);
clearstatcache();
}
}
function getCode(){
// 锁进程
memLock::lock();
$code = _get();
// 解锁
memLock::unlock();
return $code;
}
function _get(){
// 得到一个没有使用的激活码
$row = $db->fetchRow(‘select id,code from codes where stat=0 order by rand()‘);
// 将激活码锁定
$db->execute(‘update codes set stat=1 where id=‘.$row[‘id‘]);
return $row[‘code‘];
}
解说：
这里将表锁的性能开销换成了性能更好的内存进程锁，与上一个版本相比,这个性能比有所改进，提高了性能。但这个方案还是可能会出现异常现象，特别是被恶意机器人来刷激活码时。因为一般的兑换请求可能是：
GET /exchange?userid=5
要写个机器人来刷还是不难,可以利用工具或利用 curl,类似以下过程:
curl ‘<登录>‘
curl ‘/exchange?userid=5‘
我们可以优化一点，考虑从源头来控制被刷的问题。
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最后版的代码：
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/*
[内存锁]
如果服务器没安装 eAccelerator 扩展,则可以采用 eaccelerator_lock() eaccelerator_unlock() 性能更好.
这里采用拆中方案: /dev/shm
*/
class memLock{
static private $_fp = null;
// 加锁
static public function lock(){
if(null === self::$_fp){
self::$_fp = fopen(‘/dev/shm/score-exchange.txt‘, ‘w+‘);
}
return flock($_fp, LOCK_EX);
}
// 解锁
static public function unlock(){
flock($_fp, LOCK_UN);
clearstatcache();
}
}
/**
* Token 处理
*/
class Token{
private $_cache = null;
/**
* 缓存对象实例
*
*/
private static $instance = null;
/**
* 以单例模式返回实例
*
*/
static public function getInstance()
{
if (null === self::$instance)
{
self::$instance = new self();
}
return self::$instance;
}
/**
* 构造函数
*
*/
public function __construct(){
$this->_cache = new Memcache;
$this->_cache->addServer(‘10.10.2.104‘,‘11211‘);
}
/**
* 验证 Token
*
* @param unknown_type $token : Token值
*/
public function check($tokenid){
$id = $this->_get();
if(!$id || $id!=$tokenid){
return false;
}else{
// Token特性1:一次性用品
$this->_set(‘‘);
return true;
}
}
/**
* 得到 Token ID
*
*/
public function get(){
// Token特性2:唯一性
$token = md5(uniqid(time().rand().$_COOKIE[‘userid‘]));
$this->_set($token);
return $token;
}
// 得到缓存key
private function _key(){
return ‘tokon‘.$_COOKIE[‘userid‘];
}
// 设置缓存
private function _set($token){
// 轮循算法是为了尽量的处理TCP连接失效
$i = 0;
while($i < 5){
// Token特性3:时效性
$ret = $this->_cache->set($this->_key() , $token, MEMCACHE_COMPRESSED, 10);
if($ret) break;
++$i;
}
}
// 取缓存
private function _get(){
// 轮循算法
$i = 1;
while($i < 5){
$ret = $this->_cache->get($this->_key() , MEMCACHE_COMPRESSED);
if($ret !== FALSE) break;
++$i;
}
return $ret;
}
}
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兑换流程步骤拆分(任务拆分为3步)
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步骤1：
登录后写一个特殊的COOKIE用于标识用户是在浏览器中正常登录的行为:
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function loginCallBack(){
$cokname = md5(‘exchange‘.$this->userid.$this->sessionid);
if(!isset($_COOKIE[$cokname])){
setcookie($cokname, 1);
}
}
说明：
这个算法是为了保证每个用户每次正常登录的COOKIE都不一样，注意在实际中不要写得太明显了，你可以考虑在另一个不相干的任务做做这个事情，劈开破解者的注意视线，增加破解难度。同时写好注释。
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步骤2:
得到一次兑换请求的Token信息
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function getToken(){
// 是否是正常登录的用户
$cokname = md5(‘exchange‘.$this->userid.$this->sessionid);
if(!isset($_COOKIE[$cokname]) || $_COOKIE[$cokname]!=1){
$token = 0;
}else{
$token = Token::getInstance()->get();
}
$this->outputJson(0,‘ok‘, $token);
}
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步骤3:
改变前端javascript兑换的逻辑代码如下:
----------- 原逻辑 ----------------------------------------
function exchange(){
var url = ‘/exchange?userid=5‘;
$.get(url,function(ret){
alert(ret.data);
},‘json‘);
}
----------- 新逻辑 ----------------------------------------
function exchange(){
var url = ‘/getToken‘;
$.get(url,function(ret){
url = ‘/exchange?userid=5&tk=‘+ret.data;
$.get(url,function(ret){
alert(ret.data);
},‘json‘);
},‘json‘);
}
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function getCode(){
// Token 信息是否正确
$token = $this->getGet(‘tk‘,0);
if($token == 0 || !Token::getInstance()->check($token)){
$this->outputJson(-1,‘非法请求‘);
}
// 锁进程
memLock::lock();
$code = _get();
// 解锁
memLock::unlock();
return $code;
}
function _get(){
// 得到一个没有使用的激活码
$row = $db->fetchRow(‘select id,code from codes where stat=0 order by rand()‘);
// 将激活码锁定
$db->execute(‘update codes set stat=1 where id=‘.$row[‘id‘]);
return $row[‘code‘];
}
解说：
现在可以最大限制的防止恶意刷的行为了，当同一个兑换请求: /exchange?userid=5&tk=xxxxx 再次执行时将会失效，因为它的Token信息已经失效了.
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总结：
1：这里只是对并发的处理进行的简单的描述，给读者一点启发。
2：也可以采用 Innodb 的事务来处理或存储过程来处理。
3：解决并发最好的算法应该是采用队列的机制，据我所了解的资料，解决并发其实最方便编程的应该是 MongoDB 中的 findAndModify 操作,因为MongoDB 是专为Web开发所设计的一种NoSql型的DBMS系统，它天生对大请求量的并发处理有着非常高效的性能，天生支持原子操作。
有关 MongoDB 的详细资源推荐看看《MongoDB权威指南》
有关 MongoDB 的安装配置可以参考: http://vquickphp.com/?a=blogview&id=31
有关 MongoDB 的PHP应用可以参考: http://vquickphp.com/?a=blogview&id=32
并发浅谈-锁和Token的应用