一个在高并发下财务支付锁的问题分析

在工作项目中，会遇到一些php并发访问去修改一个数据问题，如果这个数据不加锁，就会造成数据的错误。下面将分析一个财务支付锁的问题。希望对大家有所帮助。

1，在没有应用锁机制的情况下

1.1 财务支付简化版本代码

	<!--?php  /** 
 * pay.php 
 * 
 * 支付没有应用锁
 * 
 * Copy right (c) 2016 
 * 
 * modification history: 
 * -------------------- 
 * 2016/9/10, by CleverCode, Create 
 * 
 */ //用户支付 function pay($userId,$money) {

 if(false == is_int($userId) || false == is_int($money))
 {
  return false;
 } 

 //取出总额  $total = getUserLeftMoney($userId);

 //花费大于剩余  if($money --> $total)
 {
  return false; 
 }

 //余额  $left = $total - $money;

 //更新余额  return setUserLeftMoney($userId,$left);

} //取出用户的余额 function getUserLeftMoney($userId) {
 if(false == is_int($userId))
 {
  return 0;
 }
 $sql = "select account form user_account where userid = ${userId}";

 //$mysql = new mysql();//mysql数据库  return $mysql->query($sql);
} //更新用户余额 function setUserLeftMoney($userId,$money) {
 if(false == is_int($userId) || false == is_int($money))
 {
  return false;
 }  

 $sql = "update user_account set account = ${money} where userid = ${userId}";

 //$mysql = new mysql();//mysql数据库  return $mysql->execute($sql);
} ?> 

1.2 问题分析

如果有两个操作人(p和m)，都用用户编号100账户,分别在pc和手机端同时登陆，100账户总余额有1000，p操作人花200，m操作人花300。并发过程如下。

p操作人：

1. 取出用户的余额1000。

2. 支付后剩余 800 = 1000 - 200。

3. 更新后账户余额800。

m操作人：

1. 取出用户余额1000。

2. 支付后剩余700 = 1000 - 300。

3. 支付后账户余额700。

两次支付后，账户的余额居然还有700，应该的情况是花费了500，账户余额500才对。造成这个现象的根本原因，是并发的时候，p和m同时操作取到的余额数据都是1000。

2 加锁设计

锁的操作一般只有两步，一 获取锁(getLock)；二是释放锁(releaseLock)。但现实锁的方式有很多种，可以是文件方式实现；sql实现；Memcache实现；根据这种场景我们考虑使用策略模式。

2.1 类图设计如下

2.2 php源码设计如下

LockSystem.php

	<!--?php  /** 
 * LockSystem.php 
 * 
 * php锁机制
 * 
 * Copy right (c) 2016
 * 
 * modification history: 
 * -------------------- 
 * 2016/9/10, by CleverCode, Create 
 * 
 */ class LockSystem {
 const LOCK_TYPE_DB = 'SQLLock';
 const LOCK_TYPE_FILE = 'FileLock';
 const LOCK_TYPE_MEMCACHE = 'MemcacheLock';

 private $_lock = null;
 private static $_supportLocks = array('FileLock', 'SQLLock', 'MemcacheLock'); 

 public function __construct($type, $options = array()) 
 {
  if(false == empty($type))
  {
   $this--->createLock($type, $options);
  }
 } 
 public function createLock($type, $options=array())  {
  if (false == in_array($type, self::$_supportLocks))
  {
   throw new Exception("not support lock of ${type}");
  }
  $this->_lock = new $type($options);
 }  
 public function getLock($key, $timeout = ILock::EXPIRE)  {
  if (false == $this->_lock instanceof ILock) 
  {
   throw new Exception('false == $this->_lock instanceof ILock');   
  } 
  $this->_lock->getLock($key, $timeout); 
 }

 public function releaseLock($key)  {
  if (false == $this->_lock instanceof ILock) 
  {
   throw new Exception('false == $this->_lock instanceof ILock');   
  } 
  $this->_lock->releaseLock($key);   
 } 
} interface ILock {
 const EXPIRE = 5;
 public function getLock($key, $timeout=self::EXPIRE);
 public function releaseLock($key);
} class FileLock implements ILock {
 private $_fp;
 private $_single;

 public function __construct($options)  {
  if (isset($options['path']) && is_dir($options['path']))
  {
   $this->_lockPath = $options['path'].'/';
  }
  else   {
   $this->_lockPath = '/tmp/';
  }

  $this->_single = isset($options['single'])?$options['single']:false;
 }
 public function getLock($key, $timeout=self::EXPIRE)  {
  $startTime = Timer::getTimeStamp();

  $file = md5(__FILE__.$key);
  $this->fp = fopen($this->_lockPath.$file.'.lock', "w+");
  if (true || $this->_single)
  {
   $op = LOCK_EX + LOCK_NB;
  }
  else   {
   $op = LOCK_EX;
  }
  if (false == flock($this->fp, $op, $a))
  {
   throw new Exception('failed');
  }

  return true;
 }
 public function releaseLock($key)  {
  flock($this->fp, LOCK_UN);
  fclose($this->fp);
 }
} class SQLLock implements ILock {
 public function __construct($options)  {
  $this->_db = new mysql(); 
 }

 public function getLock($key, $timeout=self::EXPIRE)  {  
  $sql = "SELECT GET_LOCK('".$key."', '".$timeout."')";
  $res = $this->_db->query($sql);
  return $res;
 }

 public function releaseLock($key)  {
  $sql = "SELECT RELEASE_LOCK('".$key."')";
  return $this->_db->query($sql);
 }
} class MemcacheLock implements ILock {
 public function __construct($options)  {

  $this->memcache = new Memcache();
 }

 public function getLock($key, $timeout=self::EXPIRE)  {  
  $waitime = 20000;
  $totalWaitime = 0;
  $time = $timeout*1000000;
  while ($totalWaitime < $time && false == $this->memcache->add($key, 1, $timeout)) 
  {
   usleep($waitime);
   $totalWaitime += $waitime;
  }
  if ($totalWaitime >= $time)
   throw new Exception('can not get lock for waiting '.$timeout.'s.');

 }

 public function releaseLock($key)  {
  $this->memcache->delete($key);
 }
} 

3 应用锁机制

3.1 支付系统应用锁

	<!--?php /** 
 * pay.php 
 * 
 * 支付应用锁
 * 
 * Copy right (c) 2016 
 * 
 * modification history: 
 * -------------------- 
 * 2016/9/10, by CleverCode, Create 
 * 
 */ //用户支付 function pay($userId,$money) {

 if(false == is_int($userId) || false == is_int($money))
 {
  return false;
 } 

 try  {
  //创建锁(推荐使用MemcacheLock)   $lockSystem = new LockSystem(LockSystem::LOCK_TYPE_MEMCACHE);    

  //获取锁   $lockKey = 'pay'.$userId;
  $lockSystem--->getLock($lockKey,8);

  //取出总额   $total = getUserLeftMoney($userId);

  //花费大于剩余   if($money > $total)
  {
   $ret = false; 
  }
  else   { 
   //余额    $left = $total - $money;

   //更新余额    $ret = setUserLeftMoney($userId,$left);
  }

  //释放锁   $lockSystem->releaseLock($lockKey); 
 }
 catch (Exception $e)
 {
  //释放锁   $lockSystem->releaseLock($lockKey);  
 }

} //取出用户的余额 function getUserLeftMoney($userId) {
 if(false == is_int($userId))
 {
  return 0;
 }
 $sql = "select account form user_account where userid = ${userId}";

 //$mysql = new mysql();//mysql数据库  return $mysql->query($sql);
} //更新用户余额 function setUserLeftMoney($userId,$money) {
 if(false == is_int($userId) || false == is_int($money))
 {
  return false;
 }  

 $sql = "update user_account set account = ${money} where userid = ${userId}";

 //$mysql = new mysql();//mysql数据库  return $mysql->execute($sql);
} ?> 

3.2 锁分析

p操作人：

1.  获取锁：pay100

2.  取出用户的余额1000。

3.  支付后剩余 800 = 1000 - 200。

4.  更新后账户余额800。

5.  释放锁：pay100
   

 m操作人：

1. 等待锁：pay100

2. 获取锁：pay100

3. 获取余额：800

4. 支付后剩余500 = 800 - 300。

5. 支付后账户余额500。

6. 释放锁：pay100
   

两次支付后，余额500。非常完美了解决了并发造成的临界区资源的访问问题。