PHP APCu缓存使用与避坑

APCu

• 极简概括： PHP 的开源内存缓存扩展，类比Redis，但是一般都用Redis，所以APCu用的很少。
• 官方文档：www.php.net/manual/zh/a...
• 解决问题：类比Redis做缓存组件，提升性能，同步数据使用。
• 适用场景：轻量级的缓存，适合写少读多的场景。缺少原子性、缺少多条指令无间隙执行，不建议高并发时写多读多，写多读少的场景下使用。
• 优点：
  • 比Redis快一百多倍。
  • 运维成本低：利用PHP扩展的方式实现，无需与缓存组件进行网络通信。
  • 简单易用：APCu 提供了简单而有效的接口，容易上手。
  • 跨文件跨进程：A文件set值，B文件get值，是可以获取到值的，若做不到和变量没区别。
• 缺点：
  • 不支持远程独立部署。
  • 类型没有Redis的多，适用场景仅限于缓存。
  • 数据无法做到常驻内存，重启或出故障，数据丢了就没了，没有像Redis的RDB或AOF持久化机制。
  • 无法保证多个操作的原子性。
  • 可能存在超卖的问题。
  • 获取确定已经存在的值可能会遇到false，获取结果不稳定。
• 注意：从PHP 8.0.0开始，不再支持apcu bc。

是否能像Redis+Lua一样保证多个操作原子性？

不能。 Redis是单线程的，意味着单位时间内只执行一个任务，Redis让并发过来的任务强制串行执行。有Lua的加持，保证多条指令无间隙执行。 APCu没有这个机制，让操作要么都成功，要么都失败，要实现这一步需要手动写逻辑。

高并发下会有超卖的一致性问题吗？

还好APCu有乐观锁机制，可以防止超卖问题。

但APCu 没有互斥的锁机制，互斥意味着并发过来的请求，通过独占该资源，让任务串行执行。

由于PHP+Nginx默认是多进程机制，（也可以调整为多线程，用得少） 假设一个场景： 获取到值，自增。进程P0获取到A的值为5的时候，想要自增到6，可能其它进程已经自增到8了。此时两步操作存在间隙，又没有机制对此数据加锁防止被其它进程更改，所以可能P0执行自增时会加到9，这是个概率问题，因此乐观锁的机制就显得非常重要。

安装

前提是安装好了PHP，默认在/usr/local/php下，并配置有/usr/local/php/bin目录的环境变量
cd /test
wget https://pecl.php.net/get/apcu-5.1.23.tgz
tar zxf apcu-5.1.23.tgz
phpize
./configure
make
make install

相关配置（php.ini）

配置名	值类型	默认值	说明
apc.enabled	int	1	设置为0以禁用APC。这在APC被静态编译到PHP中时非常有用，因为没有其他方法可以禁用它。
apc.shm_segments	int	1	为编译器缓存分配的共享内存段的数量。如果APC共享内存不足，但apc.shm_size设置为系统允许的最高值，提高该值可能会防止APC耗尽其内存。
apc.shm_size	int	32M	每个共享内存段的大小
apc.entries_hint	int	4096	是用于设置APCu缓存的条目预期数量
apc.ttl	int	0	指定缓存中的条目在过期之前可以存在多长时间，单位为秒。默认为0，表示永不过期
apc.gc_ttl	int	3600	指定过期缓存条目被清理的时间间隔，单位为秒
apc.mmap_file_mask	string	null	是用于配置在使用共享内存映射（MMAP）方式时的文件名模板。这个选项在某些情况下可以用于解决操作系统限制或者提高性能。默认情况下，这个选项为空，APCu会使用系统默认的文件名模板。设置apc.mmap_file_mask时，你可以使用一些特殊的占位符来指定文件名的格式，例如%s代表共享内存标识符的十六进制表示，%p代表当前进程的PID（进程标识符）。这样可以确保每个进程使用不同的文件名，避免冲突。一般情况下，你不需要手动设置这个选项，除非你遇到共享内存映射方面的特定问题或者有特殊需求。在大多数情况下，使用默认设置即可满足需求
apc.slam_defense	int	1	防止缓存雪崩，多进程下，每个进程都试图同时缓存同一个文件。此选项设置跳过尝试缓存未缓存文件的进程的百分比。或者将其视为单个进程跳过缓存的概率。例如，设置为75意味着该进程有75%的概率不会缓存未缓存的文件。因此，设置越高，对缓存雪崩的防御就越强。将此项设置为0禁用此功能
apc.enable_cli	int	0	是否在cli模式下启用apc，实测不生效
apc.use_request_time	int	0	置控制是否APC应该使用请求时间来为文件加上时间戳。当启用时，它可以确保在请求时间变化时刷新缓存文件，这在某些情况下会很有用，比如在开发或调试代码时
apc.serializer	string	php	用于配置APC序列化方式。
apc.coredump_unmap	int	0	启用APC处理信号，如SIGSEGV，该信号在收到信号时写入内核文件。当收到这些信号时，APC将尝试取消共享内存段的映射，以便将其从核心文件中排除。当接收到致命信号并且配置了大型APC共享内存段时，此设置可以提高系统稳定性
apc.preload_path	string	null	用于指定要预加载的PHP文件或目录的路径。预加载可以提高应用程序的性能，因为它可以在应用程序启动时将指定的文件或目录加载到内存中，从而减少了每次请求时的文件读取和解析时间。

使用

设置值，注意，缓存有值的情况下无法设置值，类比Redis的setnx，类型支持标量、数组、与对象，这一点非常好。
bool  apcu_add(key, val, ttl)；

获取缓存，获取不到返回false，并发情况下容易返回false
mixed apcu_fetch(key)；

乐观锁机制，在旧值的基础上添加新的值
bool apcu_cas(key, int_old, int_new):

清除所有缓存
bool apcu_clear_cache()

递减，参数2支持负数
int apcu_dec(key, 递减值, 函数返回结果赋值给变量, ttl秒)

从缓存中删除某个元素
bool|array apcu_delete(array|string key)

判断当前环境能否使用apcu
bool apcu_enabled()

若key不存在，则调用callback,并带有一个默认参数，即key的值
null apcu_entry(key, callback, ttl)

判断多个key或者单个key是否存在。当参数为array时，函数返回只存在的key组成的数组
bool|array apcu_exists(string|array key)

获取某个key的值，若参数1是数组，那么结果也是个数组，只会返回存在的key的值，若key有值参数2为true，否则反之。
bool|array apcu_fetch(array|string key, $var);

递增，参数2支持负数
int apcu_inc(key, 递增值, 函数返回结果赋值给变量, ttl秒)

将key的值存储缓存，类比Redis的set，若已存在，可直接替换，参数1也可以传输数组。
bool apcu_store(array|string key, val, ttl)

压测，对比连接Redis性能

方式	轮次	APCu耗时（秒）	Redis耗时（秒）
只读	10000	0.011	1.162
只写	10000	0.012	1.062
读写，一次new Redis	10000	0.011	2.117
读写，多次new Redis	10000	0.011	3.646

只读（APCu）：
<?php

$start = microtime(true);
for($i = 0; $i < 10000; $i++) {
    $key = 'apcu'. $i;
    apcu_fetch($key);
}

echo microtime(true) - $start;


只读（Redis）：
<?php
$redis = new Redis();
$redis->connect('127.0.0.1', 6379);

$start = microtime(true);
for($i = 0; $i < 10000; $i++) {
    $key = 'redis' . $i;
    $redis->get($key);
}

echo microtime(true) - $start;


只写（APCu）：
<?php

$start = microtime(true);
for($i = 0; $i < 10000; $i++) {
    $key = 'apcu'. $i;
    apcu_add($key, $i);
}

echo microtime(true) - $start;


只写（Redis）：
<?php
$redis = new Redis();
$redis->connect('127.0.0.1', 6379);

$start = microtime(true);
for($i = 0; $i < 10000; $i++) {
    $key = 'redis' . $i;
    $redis->set($key, $i);
}

echo microtime(true) - $start;


读写，一次new Redis（APCu）：
<?php

$start = microtime(true);
for($i = 0; $i < 10000; $i++) {
    $key = 'apcu'. $i;
    apcu_add($key, $i);
    apcu_fetch($key);
}

echo microtime(true) - $start;


读写，一次new Redis（Redis）：
<?php
$redis = new Redis();
$redis->connect('127.0.0.1', 6379);

$start = microtime(true);
for($i = 0; $i < 10000; $i++) {
    $key = 'redis' . $i;
    $redis->set($key, $i);
    $redis->get($key);
}

echo microtime(true) - $start;


读写，多次new Redis（APCu）：
<?php

$start = microtime(true);
for($i = 0; $i < 10000; $i++) {
    $key = 'apcu'. $i;
    apcu_add($key, $i);
    apcu_fetch($key);
}

echo microtime(true) - $start;


读写，多次new Redis（Redis）：
<?php
$start = microtime(true);
for($i = 0; $i < 10000; $i++) {
	$redis = new Redis();
	$redis->connect('127.0.0.1', 6379);
    $key = 'redis' . $i;
    $redis->set($key, $i);
    $redis->get($key);
}

高并发下对APCu原子性测试

压测工具用ApiPOST，我认为比ab工具好用。 压测前，为了保证ApiPOST压测参数（压测轮次 * 并发数 结果积）的准确性，特地用Redis做了多次测试，发现参数是对的，并发数大了就不对（150以上），这意味着压测工具应该没问题，只是设备线程数不够。

<?php
$redis = new Redis();
$redis->connect('127.0.0.1', 6379);
$redis->decr('test_key');

多条APCu语句执行能才能测试更能充分原子性，并发100，测试10轮次，也就是1000次请求，但是多次压测下来，结果不对。apcu_fetch获取值动不动就是false，导致结果重新赋值为10000（在不存在的情况下赋初始值），有并发问题，但不是因为并发引起的，而是因为apcu_fetch函数的问题，获取不到值返回false。

<?php
$key = 'test_key';

$res = apcu_fetch($key);
if($res === false) {
    apcu_add($key, 10000);
} else {
    apcu_delete($key);
    apcu_add($key, $res - 1);
}

echo apcu_fetch($key);