如何用apcu_cas函数避免缓存竞争条件

gitbox 2025-05-29

什么是缓存竞争条件？

当多个进程或线程同时尝试读取缓存未命中并写入缓存时，可能出现多个进程同时执行相同的慢查询或复杂计算，造成资源浪费。这种情况被称为缓存竞争条件。

例如：

if (!apcu_exists('my_cache_key')) {
    $data = get_data_from_db(); // 复杂查询
    apcu_store('my_cache_key', $data);
}
echo apcu_fetch('my_cache_key');

在高并发环境下，多个请求同时发现缓存不存在，会同时执行数据库查询，造成性能问题。

apcu_cas函数简介

apcu_cas的全称是“Compare And Swap”，它是一种原子操作，用于比较缓存值是否等于期望值，如果相等则替换为新值。这个操作能避免多个请求同时修改缓存带来的竞争问题。

函数原型：

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

$key：缓存键
$old：期望的旧值
$new：将要替换的新值
返回true表示替换成功，false表示旧值不匹配，替换失败。

如何利用apcu_cas避免竞争条件？

我们通过设定一个“锁”标志位实现互斥访问缓存。具体思路：

读取缓存，如果存在直接返回。
如果缓存不存在，尝试设置一个“锁”标志，表示缓存正在生成。
设置“锁”失败，说明其他进程已在生成缓存，等待或重试。
设置成功后，执行慢查询，生成数据。
将数据写入缓存，释放“锁”标志。
返回数据。

示例代码演示

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

    // 1. 先尝试读取缓存
    $data = apcu_fetch($cacheKey, $success);
    if ($success) {
        return $data;
    }

    // 2. 尝试通过apcu_cas设置锁，防止多个请求同时生成缓存
    // 先尝试设置锁标志位为false（初始状态）
    apcu_add($lockKey, false);

    // 期望锁为false，尝试换成true（上锁）
    if (!apcu_cas($lockKey, false, true)) {
        // 说明其他请求已获得锁，等待缓存生成
        // 可以简单sleep或者循环等待
        usleep(100000); // 等待100毫秒
        return getCacheData(); // 递归重试
    }

    // 3. 获得锁，执行慢查询
    $data = get_data_from_db();

    // 4. 写缓存
    apcu_store($cacheKey, $data);

    // 5. 释放锁（设置锁为false）
    apcu_store($lockKey, false);

    return $data;
}

function get_data_from_db() {
    // 模拟慢查询
    sleep(1);
    return ['time' => time(), 'data' => 'sample'];
}

以上代码中，apcu_cas保证了“锁”的原子切换，避免多个请求同时执行慢查询，避免缓存竞争。

小结

缓存竞争条件是高并发缓存场景中的常见问题。
apcu_cas是实现原子操作的利器，可以实现高效锁机制。
通过“锁”机制，保证只有一个请求能执行慢查询并写缓存，其他请求等待或重试。
该方法适合单机环境的APCu缓存，分布式环境可考虑更复杂的锁方案。

掌握apcu_cas的使用，可以让你的PHP缓存机制更加健壮、高效，显著避免缓存击穿导致的性能瓶颈。

<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