如何用apcu_cas函數避免緩存競爭條件

gitbox 2025-05-29

什麼是緩存競爭條件？

當多個進程或線程同時嘗試讀取緩存未命中並寫入緩存時，可能出現多個進程同時執行相同的慢查詢或複雜計算，造成資源浪費。這種情況被稱為緩存競爭條件。

例如：

 if (!apcu_exists('my_cache_key')) {
    $data = get_data_from_db(); // 複雜查詢
    apcu_store('my_cache_key', $data);
}
echo apcu_fetch('my_cache_key');

在高並發環境下，多個請求同時發現緩存不存在，會同時執行數據庫查詢，造成性能問題。

apcu_cas函數簡介

apcu_cas的全稱是“Compare And Swap”，它是一種原子操作，用於比較緩存值是否等於期望值，如果相等則替換為新值。這個操作能避免多個請求同時修改緩存帶來的競爭問題。

函數原型：

 bool apcu_cas(string $key, mixed $old, mixed $new)

$key ：緩存鍵
$old ：期望的舊值
$new ：將要替換的新值
返回true表示替換成功， false表示舊值不匹配，替換失敗。

如何利用apcu_cas避免競爭條件？

我們通過設定一個“鎖”標誌位實現互斥訪問緩存。具體思路：

讀取緩存，如果存在直接返回。
如果緩存不存在，嘗試設置一個“鎖”標誌，表示緩存正在生成。
設置“鎖”失敗，說明其他進程已在生成緩存，等待或重試。
設置成功後，執行慢查詢，生成數據。
將數據寫入緩存，釋放“鎖”標誌。
返回數據。

示例代碼演示

function getCacheData() {
    $cacheKey = 'my_cache_key';
    $lockKey = 'my_cache_key_lock';

    // 1. 先嘗試讀取緩存
    $data = apcu_fetch($cacheKey, $success);
    if ($success) {
        return $data;
    }

    // 2. 嘗試通過apcu_cas設置鎖，防止多個請求同時生成緩存
    // 先尝试設置鎖标志位为false（初始狀態）
    apcu_add($lockKey, false);

    // 期望鎖為false，嘗試換成true（上鎖）
    if (!apcu_cas($lockKey, false, true)) {
        // 說明其他請求已獲得鎖，等待緩存生成
        // 可以簡單sleep或者循環等待
        usleep(100000); // 等待100毫秒
        return getCacheData(); // 遞歸重試
    }

    // 3. 獲得鎖，執行慢查詢
    $data = get_data_from_db();

    // 4. 寫緩存
    apcu_store($cacheKey, $data);

    // 5. 釋放鎖（設置鎖为false）
    apcu_store($lockKey, false);

    return $data;
}

function get_data_from_db() {
    // 模擬慢查詢
    sleep(1);
    return ['time' => time(), 'data' => 'sample'];
}

以上代碼中， apcu_cas保證了“鎖”的原子切換，避免多個請求同時執行慢查詢，避免緩存競爭。

小結

緩存競爭條件是高並發緩存場景中的常見問題。
apcu_cas是實現原子操作的利器，可以實現高效鎖機制。
通過“鎖”機制，保證只有一個請求能執行慢查詢並寫緩存，其他請求等待或重試。
該方法適合單機環境的APCu緩存，分佈式環境可考慮更複雜的鎖方案。

掌握apcu_cas的使用，可以讓你的PHP緩存機制更加健壯、高效，顯著避免緩存擊穿導致的性能瓶頸。

<code> <?php function getCacheData() { $cacheKey = 'my_cache_key'; $lockKey = 'my_cache_key_lock';

 $data = apcu_fetch($cacheKey, $success);
if ($success) {
    return $data;
}

apcu_add($lockKey, false);

if (!apcu_cas($lockKey, false, true)) {
    usleep(100000);
    return getCacheData();
}

$data = get_data_from_db();

apcu_store($cacheKey, $data);

apcu_store($lockKey, false);

return $data;

}

function get_data_from_db() {
sleep(1);
return ['time' => time(), 'data' => 'sample'];
}
?>
</code>

apcu_cas