锁机制概述

本文主要回答如下问题:

  • 什么是锁机制?
  • 锁机制的作用是什么?
  • 锁机制的类型有哪几种?

关键字:并发、并发控制、乐观锁、悲观锁

在我们常见的程序设计、操作系统和数据库等领域,并发是非常棘手的问题之一。而并发在操作系统、数据库等领域,最终还是会体现在软件开发(代码实现)上。并发的主要纠结点在于对共享资源的处理,虽然现在有事务来处理并发,但是这只是在一定程序上缓解了并发的问题,并没有彻底解决,比如跨事务的并发。

在软件开发过程中,并发控制是确保及时纠正由并发操作导致的错误的一种机制。并发控制主要采用时间戳、乐观并发控制和悲观并发控制等技术手段来实现。而今天我们要说的锁机制主要是指后面的两种技术手段:乐观并发控制和悲观并发控制,他们分别对应乐观锁和悲观锁。锁机制是管理对共享资源的并发访问机制。

乐观锁并不是纯粹意义上的锁,它可以理解为冲突检测,属于事后的操作,其中一种实现是依赖数据版本记录机制。在数据源增加一个版本标记,当请求方读取出数据时,将此版本号一同读出,之后更新时,对此版本号加一。此时,将提交数据的版本数据与数据源中对应记录的当前版本信息进行比对,如果提交的数据版本号大于数据源当前版本号,则予以更新,否则认为是过期数据。比如某个共享数据被并发访问修改,在各个请求方获取了数据后,请求方都会被分配一个相同版本,如果有一个请求方提交了修改,则将原始数据版本增加1,则其它请求方再次提交修改时,由于提交的版本小于当前版本则显示冲突。除了基于数据版本的控制外,还有包含对更新时间的控制,对不同字段的对比控制等。

悲观锁可以理解为冲突避免,属于事前的操作,即不让并发修改的操作发生,减少并发出现。当一个用户访问一个共享对象时锁住它,即先获得锁,此时其它用户无法访问此对象,当对共享对象的操作完成以后要为被它封锁的对象解锁,此时其它对象才能访问此共享对象。如果此时一个用户一直占着一个资源不放,其它所有用户都只能永远等待,此时可能需要引入其它机制来防止这种情况的发生。

悲观锁减少了并发的程序,而乐观锁在一定程度上会更加自由一些,其在获取资源时是不受限制的,仅在提交的时候才会有限制。当需要在悲观锁与乐观锁之间抉择时,可以考虑如下两个点:

  • 冲突的频率 如果冲突少,通常可以选择乐观锁,这样可以获得更多的并发性,但是此时也需要考虑冲突的严重性,如果系统不能容忍冲突的出现,则需要考虑牺牲并发性,使用悲观锁
  • 冲突的严重性 如果冲突所产生的后果比较严重或者为用户不能容忍,需要使用悲观锁

无论是乐观锁还是悲观锁都存在其优点和缺点,只使用某一种机制都会产生其它问题,可以考虑将这两种锁放一起使用,或者提供两种机制,供用户选择,默认使用乐观锁。

Yii框架的组件行为管理机制和Mix-in

Yii框架的组件行为管理机制和Mix-in

本文包括以下内容:

  • Yii框架的组件行为管理机制介绍
  • Ruby、PHP5.4和Mix-in

在Yii框架的官网,我们可以看到关于Behaviors & events的介绍: Behaviors are simply a way of adding methods to an object.

我们看官网上的使用示例:

class SomeClass extends CBehavior{
    public function add($x, $y) { return $x + $y; }
}

class TestComponent extends CComponent {
}

$test_comp = new TestComponent();
$test_comp->attachbehavior('blah', new SomeClass);
$test_comp->add(2, 5);

在TestComponent类的对象创建的后,我们可以通过调用attachbehavior给对象添加新的方法。

通过其源码(在base/CComponent.php)可以知道它是通过在组件类内部以私有变量的方式存储这些添加的方法所在的对象, 通过魔术方法__call,当调用一个未定义的方法时需要调用__call方法的特性,遍历所有通过attachbehavior方法添加进来的对象, 并判断此对象是否禁用并且此对象是否存在需要调用的方法,如果存在则调用。

此种实现方式存在如下一些问题:

  • 如果多个对象存在相同的方法,则程序调用时永远会调用第一次添加进去的方法
  • 如果我们只是需要某个对象中的某个方法,但是在存储上需要将整个对象添加到列表中

也许你会觉得这些都是一些如果,都是一些假设,可能不会出现,这有些像众所周知的goto语句问题,如果用得好,这是一个利器,如果用得不好,可能会给你带来痛苦。 Yii框架中的这种机制实现运行时的方法绑定,虽然类的属性和实例参数仍然归属于其它类和对象。

在官方说明中也提到了这是一种类似于ruby语言的实现方式,如果我们用Ruby实现上面的方法该如何写呢?如下:

module SomeClass
    def add(x, y)
        return x + y
    end
end

class TestComponet
    include SomeClass
end

test = TestComponet.new
puts test.add(10, 20)

非常简单的实现了类的重用,我们知道在PHP中,接口是可以多继承的,但是接口只是形态上的多继承,是一种对于类实现的约束,是一种规格。 如果要实现这种类的重用,Ruby受Lisp的影响引入了Mix-in,在PHP5.4引入了trait关键字。

在Ruby中Mix-in的关键字是module,而在即将推出的PHP5.4,其对应的关键字是trait; 如果要复用这个定义的类,在Ruby中使用include,而在PHP5.4中使用use。如下PHP代码:

<?PHP
trait SomeClass {
    public function add($x, $y) {
        return $x + $y;
    }
}

class TestComponent {
    use SomeClass;
}

$obj = new TestComponent();
echo $obj->add(10, 20);

对于Mix-in类,有两个约束:

  • 不能单独生成实例
  • 不能继承其它的普通类

如果实例这个类程序执行会显示:

Fatal error: Cannot instantiate trait SomeClass...

如果从其它普通类继承会显示:

Fatal error: A trait (SomeClass) cannot extend a class ...

如果要查找这两个约束的源码实现,可以直接在源码中搜索Cannot instantiate trait和cannot extend a class。 从搜索可以看出:

  • 不能单独生成实例的检测是在new关键字的中间代码执行时执行的,在Zend/zend_vm_execture.h文件
  • 不能继承的约束是在编译成中间代码的过程中实现的,在 Zend/zend_compile.c文件

在面向对象编程语言,Mix-in是一个提供了一些被用于继承或在子类中重用的功能的类,它类似于一种多继承, 但是实际上它是一种中小粒度的代码复用单元,而不直接用于实例化。 虽然这不是一种专业的方式进行功能复用,这在实现多继承的同时,在一定程序上避免了多继承的明显问题。 一如Yii的组件行为管理机制,也是另外一种取巧的Mix-in实现。

代理模式(Proxy)和PHP的反射功能

代理模式(Proxy)和PHP的反射功能

本文包括以下内容:

  • 代理模式概述
  • 代理模式常规示例
  • 使用PHP的反射功能实现多代理

正文

模式意图 :为其他对象提供一种代理以控制对这个对象的访问[GOF95]

代理模式是对象的结构模式,代理模式给某一个对象提供一个代理对象,并由此代理对象控制对原代理对象的引用。代理模式不应该让用户感觉到代理的存在,所以代理对象和原对象的对外的调用接口是一致的。

代理模式一般包括三个角色:

  • 抽象主题角色(Subject):它的作用是统一接口。此角色定义了真实主题角色和代理主题角色共用的接口,这样就可以在使用真实主题角色的地方使用代理主题角色。
  • 真实主题角色(RealSubject):隐藏在代理角色后面的真实对象。
  • 代理主题角色(ProxySubject):它的作用是代理真实主题,在其内部保留了对真实主题角色的引用。它与真实主题角色都继承自抽象主题角色,保持接口的统一。它可以控制对真实主题的存取,并可能负责创建和删除真实对象。代理角色并不是简单的转发,通常在将调用传递给真实对象之前或之后执行某些操作,当然你也可以只是简单的转发。 与适配器模式相比:适配器模式是为了改变对象的接口,而代理模式并不能改变所代理对象的接口。

从以上三个角色我们可以得出一个简单的示例:

/**
 * 代理模式简单示例 2011-10-30 sz
 * @author phppan.p#gmail.com  http://www.phppan.com
 * @package design pattern
 */

/**
 * 抽象主题角色
 */
abstract class Subject {
    abstract public function action();
}

/**
 * 真实主题角色
 */
class RealSubject extends Subject {

    public function __construct() {
    }

    public function action() {
        echo "action method in RealSubject<br />\r\n";
    }

}

/**
 * 代理主题角色
 */
class ProxySubject extends Subject {

    private $_real_subject = NULL;

    public function __construct() {
    }

    public function action() {
        $this->_beforeAction();

        if (is_null($this->_real_subject)) {
            $this->_real_subject = new RealSubject();
        }

        $this->_real_subject->action();

        $this->_afterAction();
    }

    /**
     * 请求前的操作
     */
    private function _beforeAction() {
        echo "Before action in ProxySubject<br />\r\n";
    }

    /**
     * 请求后的操作
     */
    private function _afterAction() {
        echo "After action in ProxySubject<br />\r\n";
    }

}

/**
 * 客户端
 */
class Client {

    public static function main() {
        $subject = new ProxySubject();
        $subject->action();
    }
}

Client::main();
?>

以上的示例适用于代理模式为一个对象提供一个代理对象。当为多个对象提供代理对象时,是否我们需要创建多个代理对象呢? 如此按这种实现确实是,但是我们也可以将一个代理对象给多个对象用,或者可以作为一个代理工厂,此时一个对象会保留多个对象的引用, 并且在执行操作时需要判断所代理的是哪个对象,那么此时这种判断如何进行呢? 以多个instanceof判断对象的归属?但是这样,代理对象也必须知道真实对象的方法, 如果我们现在的需求是实现一个代理对象和真实对象的松耦合,但是在代理对象中,对于每个真实对象都有一个前置操作和后转操作, 也许我们可以使用反射,那么反射是什么呢?

反射一般来说是指在程序执行过程中获取程序相关的信息或者修改程序信息。 如获取类、方法、函数等的详细信息,或删除类方法定义。ruby的反射功能实现了类、对象、常量、变更等的获取和修改,但是在PHP中只有获取功能而无修改。 在PHP中我们可以使用PHP5以后的Reflection扩展, 此扩展是PHP的核心扩展,在PHP安装时就已经自动加载,它的作用是分析PHP程序, 导出或提取出关于类、方法、函数、属性、参数等的详细信息,包括注释。 在这里我们经常可以此扩展来实现对PHP程序内部关于类、方法等的信息检测,并做作出处理。

<?PHP
/**
 * 使用反射实现代理工厂 2011-10-30 sz
 * @author phppan.p#gmail.com  http://www.phppan.com
 * @package design pattern
 */

/**
 * 真实主题角色 A
 */
final class RealSubjectA {

    public function __construct() {
    }

    public function actionA() {
        echo "actionA method in RealSubject A <br />\r\n";
    }

}

/**
 * 真实主题角色 B
 */
final class RealSubjectB {

    public function __construct() {
    }

    public function actionB() {
        echo "actionB method in RealSubject B <br />\r\n";
    }

}

/**
 * 代理主题角色
 */
final class ProxySubject {

    private $_real_subjects = NULL;

    public function __construct() {
        $this->_real_subjects = array();
    }

    /**
     * 动态添加真实主题
     * @param type $subject
     */
    public function addSubject($subject) {
        $this->_real_subjects[] = $subject;
    }

    public function __call($name, $args) {
        foreach ($this->_real_subjects as $real_subject) {

            /* 使用反射获取类及方法相关信息  */
            $reflection = new ReflectionClass($real_subject);

            /* 如果不存在此方法,下一元素 */
            if (!$reflection->hasMethod($name)) {
                continue;
            }

            $method = $reflection->getMethod($name);

            /* 判断方法是否为公用方法并且是否不为抽象方法 */
            if ($method && $method->isPublic() && !$method->isAbstract()) {
                $this->_beforeAction();

                $method->invoke($real_subject, $args);

                $this->_afterAction();

                break;
            }
        }
    }

    /**
     * 请求前的操作
     */
    private function _beforeAction() {
        echo "Before action in ProxySubject<br />\r\n";
    }

    /**
     * 请求后的操作
     */
    private function _afterAction() {
        echo "After action in ProxySubject<br />\r\n";
    }

}

/**
 * 客户端
 */
class Client {

    public static function main() {
        $subject = new ProxySubject();

        $subject->addSubject(new RealSubjectA());
        $subject->addSubject(new RealSubjectB());

        $subject->actionA();
        $subject->actionB();
    }

}

Client::main();
?>

以上示例使用反射机制实现了对不同真实对象的代理,但是还存在一些问题:

  • 对象的显式添加,不能对用户透明
  • 真实对象的重复问题,如果存在多个相同的对象添加到对象列表中,如何处理?Flyweigh?