PHP中防止竞态条件最可靠和安全的方法是什么？

Question

PHP中防止竞态条件最可靠和安全的方法是什么？

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我需要在PHP中使用互斥锁或信号量，但这让我感到害怕。澄清一下，我不怕编写能正确同步且无死锁的代码，也不惧并发编程的危险，而是担心PHP处理边缘情况的能力。

快速背景：编写一个信用卡处理接口，位于用户和第三方信用卡网关之间。需要防止重复请求，并已经有一个可行的系统，但如果用户在毫秒级别同时点击提交（没有启用JS，因此我无法为其禁用按钮），会出现竞争条件，导致我的PHP脚本没有意识到已经发生了重复请求。需要互斥锁/信号量，以确保每个唯一事务只通过一个成功请求。

我在多核Linux机器上通过PHP-FPM在nginx后运行PHP。我想确保:

信号量在所有php-fpm进程之间共享，并跨越所有核心（i686内核）。
php-fpm在持有互斥锁/信号量时处理PHP进程崩溃，并相应地释放它们。
php-fpm在持有互斥锁/信号量时处理会话中止，并相应地释放它们。

是的，我知道。这些都是非常基本的问题，并且愚蠢地认为任何其他软件都没有一个正确的解决方案。但这是PHP，并不一定考虑并发性，它经常崩溃（取决于您加载了哪些扩展程序），而且处于不稳定的环境中（在PHP-FPM上以及在Web上）。

关于（1），我假设如果PHP使用POSIX函数，这两个条件在SMP i686机器上都成立。至于（2），我从简要浏览文档中看到有一个参数决定此行为（尽管我不明白为什么会希望PHP在会话终止时不释放互斥锁）。但是（3）是我的主要关注点，我不知道是否可以安全地假设php-fpm可以为我处理所有边界情况。我（显然）永远不想出现死锁，但我不确定是否可以相信PHP永远不会使我的代码处于无法获得互斥锁的状态，因为抓住它的会话已经被优雅或不优雅地终止。

我考虑使用MySQL的LOCK TABLES方法，但是在那里我甚至更加怀疑，因为虽然我相信MySQL锁比PHP锁更可靠，但我担心如果PHP在持有MySQL会话锁的同时中止请求（而*没有*崩溃），MySQL可能会保持表格锁定（特别是因为我可以轻易想象导致这种情况发生的代码）。

老实说，我最舒适的选择是使用非常基本的C扩展，以便我可以看到正在进行的POSIX调用以及使用哪些参数来确保我想要的精确行为.. 但我不希望写那些代码。

有人有关于PHP并发方面的最佳实践想分享吗？

- Mahmoud Al-Qudsi

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我不熟悉你的设置，但当我看到你需要阻止重复请求被处理时，我想知道为什么你不能检查存储在用户会话中的表单密钥。 - nickb

这基本上就是我现有的重复请求预防措施，似乎在某些具有多个PHP进程的设置中，存在一定时间点的竞争条件，两个PHP处理后端都将令牌/随机数/任何东西视为尚未处理。Nonce通常用于防止重放攻击（或一般的XSS），但在我的情况下，已经受到保护 - 除非它在毫秒后作为竞争条件被重放。 - Mahmoud Al-Qudsi

也许对您来说，这篇关于PHP和会话锁定/竞争条件的（有点过时的）文章很有趣。但是，至少PHP 5.3.2似乎已经在使用一致的flock()来进行会话：http://thwartedefforts.org/2006/11/11/race-conditions-with-ajax-and-php-sessions/ - Kaii

说句实话，PHP的posix扩展可以让你精确控制信号量和系统调用。但是你不需要它来解决你的问题。https://www.php.net/sem - Kaii

5个回答

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您提出了一个有趣的问题，但是您没有任何数据或代码可以展示。

对于80％的情况，如果您遵循关于防止用户多次提交表单的标准程序和惯例，PHP本身引起任何不良后果的机率几乎为零。这适用于几乎所有其他设置，而不仅仅是PHP。

如果您是20％，并且您的环境要求这样做，则一种选择是使用消息队列，我相信您对此很熟悉。同样，这个想法与语言无关。这完全是关于数据如何移动。

- zaf

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你可以将一个随机哈希值存储在会话数据的数组中，并将该哈希值作为隐藏表单输入值打印出来。当请求到达时，如果隐藏的哈希值存在于会话数组中，则可以从会话中删除哈希并处理表单，否则不进行处理。

这样可以防止重复提交表单，同时有助于防止 CSRF 攻击。

- dqhendricks

请查看我在问题本身上的评论。我已经有了nonce来防止重放和CSRF / XSS攻击。它们不能防止竞态条件，因为会话或mysql访问不是原子的。 - Mahmoud Al-Qudsi

会话写通过 flock() 是原子的。 - Kaii

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如果问题只在毫秒内连续按下按钮时出现，那么软件去抖动器是否可行呢？比如将按钮按下的时间保存在会话变量中，在一秒钟内不允许再次按下。这只是我喝咖啡前的一个想法。干杯。

- tommyo

这基本上就是我现有的防止重复请求的方式，似乎在某些多个PHP进程的设置中，存在一种竞争条件（race condition），导致两个PHP处理后端都将令牌/随机数/其他标识视为尚未被处理。 - Mahmoud Al-Qudsi

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为了防止代码中的会话竞争条件，我所做的是在最后一个将数据存储在会话中的操作之后使用PHP函数session_write_close()。请注意，如果您正在使用PHP 7，则需要在php.ini中禁用默认输出缓冲。如果您有耗时的操作，最好在调用session_write_close()之后执行它们。

希望这能帮助到某些人，对我来说，它拯救了我的生命 :)

- Robert

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可以查看英文原文，
原文链接

- Kaii · Accepted Answer

实际上，我认为不需要复杂的互斥/信号量等解决方案。

在PHP中，存储在$_SESSION中的表单键就是你所需要的。这种方法的一个好处是可以保护你的表单免受CSRF攻击。

在PHP中，会通过获取POSIX的flock()来锁定会话，并且PHP的session_start()会等待用户会话被释放。你只需要在第一个有效请求上使用unset()删除表单密钥。第二个请求必须等到第一个请求释放会话。

但是，在涉及多个主机的（非会话或源IP基础的）负载均衡情况下，情况变得更加复杂。对于这种情况，我相信你会在这篇很棒的论文中找到有价值的解决方案：http://thwartedefforts.org/2006/11/11/race-conditions-with-ajax-and-php-sessions/

我使用以下演示重现了您的用例。只需将此文件放到您的Web服务器上并进行测试：

<?php
session_start();
if (isset($_REQUEST['do_stuff'])) {
  // do stuff
  if ($_REQUEST['uniquehash'] == $_SESSION['uniquehash']) {
    echo "valid, doing stuff now ... "; flush();
    // delete formkey from session
    unset($_SESSION['uniquehash']);
    // release session early - after committing the session data is read-only
    session_write_close();
    sleep(20);  
    echo "stuff done!";
  }
  else {
    echo "nope, {$_REQUEST['uniquehash']} is invalid.";
  }     
}
else {
  // show form with formkey
  $_SESSION['uniquehash'] = md5("foo".microtime().rand(1,999999));
?>
<html>
<head><title>session race condition example</title></head>
<body>
  <form method="POST">
    <input type="hidden" name="PHPSESSID" value="<?=session_id()?>">
    <input type="text" name="uniquehash" 
      value="<?= $_SESSION['uniquehash'] ?>">
    <input type="submit" name="do_stuff" value="Do stuff!">
  </form>
</body>
</html>
<?php } ?>