php 多进程模拟并发事务产生的一些问题

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2019-3-15

AD:资源代下载服务

drop table if exists `test`;
create table if not exists `test` (
    id int not null auto_increment , 
    count int default 0 , 
    primary key `id` (`id`)
) engine=innodb character set utf8mb4 collate = utf8mb4_bin comment '测试表';

insert into test (`count`) values (100);

php 代码

// 进程数量
$pro_count = 100;
$pids = [];
for ($i = 0; $i < $pro_count; ++$i)
{
    $pid = pcntl_fork();
    if ($pid < 0) {
        // 主进程
        throw new Exception('创建子进程失败: ' . $i);
    } else if ($pid > 0) {
        // 主进程
        $pids[] = $pid;
    } else {
        // 子进程
        try {
            $pdo = new PDO(...);
            $pdo->beginTransaction();
            $stmt = $pdo->query('select `count` from test');
            $count = $stmt->fetch(PDO::FETCH_ASSOC)['count'];
            $count = intval($count);
            if ($count > 0) {
                $count--;
                $pdo->query('update test set `count` = ' . $count . ' where id = 2');
            }
            $pdo->commit();
        } catch(Exception $e) {
            $pdo->rollBack();   
            throw $e;
        }
        // 退出子进程
        exit;
    }
}

期望的结果

期望 count 字段减少的量超过 100,变成负数!也就是多减!

实际结果

并发 200 的情况下,运行多次后的结果分别如下:

1. count = 65
2. count = 75
3. count = 55
4. count = 84
...

与期望结果相差甚远!为什么会出现这样的现象呢?

解释

首先清楚下目前的程序运行环境,并发场景。何为并发,几乎同时执行,称之为并发。具体解释如下:

进程        过程            获取    更新
1-40        同时创建并运行  100     99
41-80       同时创建并运行  99      98
81 - 100    同时创建并运行  98      97

对上述第一行做解释,第 1-40 个子进程的创建几乎同时,运行也几乎同时:

进程 1 获取 count = 100,更新 99
进程 2 获取 count = 100,更新 99
...
进程 40 获取 count = 100,更新 99

所以,实际上这些进程都做了一致的操作,并没有按照预期的那样:进程1 获取 count=100,更新 99;进程 2 获取进程1更新后的结果 count=99,更新98;…;进程 99 获取进程 98更新后的结果count=1,更新0
,产生的现象就是少减了!!

结论

采用上述做法实现的程序,库存总是 >= 0

疑问

那要模拟超库存的场景该如何设计程序呢?

仍然采用上述代码,将以下代码:

if ($count > 0) {
    $count--;
    $pdo->query('update test set `count` = ' . $count . ' where id = 2');
}

修改成下面这样:

if ($count > 0) {
    $pdo->query('update test set `count` = `count` - 1 where id = 2');
}

结果就会出现超库存!!

库存 100,并发 200,最终库存减少为 -63。为什么会出现这样的情况呢?以下描述了程序运行的具体过程

进程 1 获取库存 100,更新 99
进程 2 获取库存 100,更新 98(99 - 1)
进程 3 获取库存 100,更新 97(98 - 1)
.... 
进程 168 获取库存 1 ,更新 0(1-1)
进程 169 获取库存 1 ,更新 -1(0 - 1)
进程 170 获取库存 1 ,更新 -2(-1 - 1)
....
进程 200 获取库存 1,更新 -63(-62 - 1)

现在看来很懵逼,实际就是下面这条语句导致的:

$pdo->query('update test set `count` = `count` - 1 where id = 2');

这边详细阐述 进程 1,简称 a;进程 2,简称 b 他们具体的执行顺序:

1. a 查询到库存 100
2. b 查询到库存 100
3. a 更新库存为 99(100 - 1),这个应该秒懂
4. b 更新库存为 98(99 - 1)
    - b 在执行更新操作的时候拿到的是 a 更新后的库存!
    - 为什么会这样?因为更新语句是 `update test set count = count - 1 where id = 2`