Swoole从入门到入土(25)——多进程[进程间无锁计数器]

Atomic 是 Swoole 底层提供的原子计数操作类，可以方便整数的无锁原子增减。原子计数器有如下特点：

- 使用共享内存，可以在不同的进程之间操作计数

- 基于 gcc/clang 提供的 CPU 原子指令，无需加锁

- 在服务器程序中必须在 Server->start 前创建才能在 Worker 进程中使用

- 默认使用 32 位无符号类型，如需要 64 有符号整型，可使用 Swoole\Atomic\Long

注意：

- 请勿在 onReceive 等回调函数中创建计数器，否则内存会持续增长，造成内存泄漏。

- 支持 64 位有符号长整型原子计数，需要使用 new Swoole\Atomic\Long 来创建。Atomic\Long 不支持 wait 和 wakeup 方法。

完整代码示例：

$atomic = new Swoole\Atomic();

$serv = new Swoole\Server('127.0.0.1', '9501');
$serv->set([
    'worker_num' => 1,
    'log_file' => '/dev/null'
]);
$serv->on("start", function ($serv) use ($atomic) {
    if ($atomic->add() == 2) {
        $serv->shutdown();
    }
});
$serv->on("ManagerStart", function ($serv) use ($atomic) {
    if ($atomic->add() == 2) {
        $serv->shutdown();
    }
});
$serv->on("ManagerStop", function ($serv) {
    echo "shutdown\n";
});
$serv->on("Receive", function () {

});
$serv->start();

成员函数

1) __construct()：构造函数。创建一个原子计数对象。

Swoole\Atomic::__construct(int $init_value = 0);

$init_value：指定初始化的数值

注意：

- Atomic 只能操作 32 位无符号整数，最大支持 42 亿，不支持负数；

- 在 Server 中使用原子计数器，必须在 Server->start 前创建；

- 在 Process 中使用原子计数器，必须在 Process->start 前创建。

2) add()：增加计数

Swoole\Atomic->add(int $add_value = 1): int

$add_value：要增加的数值【必须为正整数】

返回值：add 方法操作成功后返回结果数值

注意：与原值相加如果超过 42 亿，将会溢出，高位数值会被丢弃。

3) sub()：减少计数

Swoole\Atomic->sub(int $sub_value = 1): int

$sub_value：要减少的数值【必须为正整数】

返回值：sub 方法操作成功后返回结果数值

注意：与原值相减如果低于 0 将会溢出，高位数值会被丢弃。

4) get()：获取当前计数的值

Swoole\Atomic->get(): int

返回值：返回当前的数值

5) set()：将当前值设置为指定的数字。

Swoole\Atomic->set(int $value): void

$value：指定要设置的目标数值

6) compset()：如果当前数值等于参数 1，则将当前数值设置为参数 2。

Swoole\Atomic->cmpset(int $cmp_value, int $set_value): bool

$cmp_value：如果当前数值等于 $cmp_value 返回 true，并将当前数值设置为 $set_value，如果不等于返回 false【必须为小于 42 亿的整数】

$set_value：如果当前数值等于 $cmp_value 返回 true，并将当前数值设置为 $set_value，如果不等于返回 false【必须为小于 42 亿的整数】

7) wait()：设置为 wait 状态。

Swoole\Atomic->wait(float $timeout = 1.0): bool

$timeout：指定超时时间【设置为 -1 时表示永不超时，会持续等待直到有其他进程唤醒】，单位：秒【支持浮点型，如 1.5 表示 1s+500ms】

返回值：超时返回 false，错误码为 EAGAIN，可使用 swoole_errno 函数获取；成功返回 true，表示有其他进程通过 wakeup 成功唤醒了当前的锁

注意：

- 在协程环境下，wait 会阻塞整个进程而不是协程，因此请勿在协程环境中使用 Atomic->wait() 避免引起进程挂起。

- 使用 wait/wakeup 特性时，原子计数的值只能为 0 或 1，否则会导致无法正常使用；

- 当然原子计数的值为 1 时，表示不需要进入等待状态，资源当前就是可用。wait 函数会立即返回 true。

说明：当原子计数的值为 0 时程序进入等待状态。另外一个进程调用 wakeup 可以再次唤醒程序。底层基于 Linux Futex 实现，使用此特性，可以仅用 4 字节内存实现一个等待、通知、锁的功能。在不支持 Futex 的平台下，底层会使用循环 usleep(1000) 模拟实现。

示例：

$n = new Swoole\Atomic;
if (pcntl_fork() > 0) {
    echo "master start\n";
    $n->wait(1.5);
    echo "master end\n";
} else {
    echo "child start\n";
    sleep(1);
    $n->wakeup();
    echo "child end\n";
}

8) wakeup()：唤醒处于 wait 状态的其他进程。

Swoole\Atomic->wakeup(int $n = 1): bool

$n：唤醒的进程数量

注意：

-  当前原子计数如果为 0 时，表示没有进程正在 wait，wakeup 会立即返回 true；

-  当前原子计数如果为 1 时，表示当前有进程正在 wait，wakeup 会唤醒等待的进程，并返回 true；

-  被唤醒的进程返回后，会将原子计数设置为 0，这时可以再次调用 wakeup 唤醒其他正在 wait 的进程。

写在最后：经笔者测试，Swoole\Atomic原子操作并非完全稳定，会出现更新丢失，如下所示：

$atomic=new Swoole\Atomic();
$pool=new Swoole\Process\Pool(3,SWOOLE_IPC_NONE,0,true);
$pool->on("WorkerStart",function($pool,$worker_id) use($atomic){

    Swoole\Timer::tick(1000,function() use ($atomic,$worker_id){
        echo $worker_id,":",$atomic->get(),PHP_EOL;
        $atomic->add(1);
    });

});
$pool->on("WorkerStop",function($pool,$worker_id){
    echo "$worker_id stop",PHP_EOL;
});

$pool->start();

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