高并发读写缓存不一致解决:数据库与缓存更新与读取操作进行异步串行化

比较复杂的数据不一致问题描述


数据发生了变更,先删除了缓存,然后要去修改数据库,此时还没修改

一个请求过来,去读缓存,发现缓存空了,去查询数据库,查到了修改前的旧数据,放到了缓存中

数据变更的程序完成了数据库的修改 。 完了,数据库和缓存中的数据不一样了。。。。

只有在对一个数据在并发的进行读写的时候,才可能会出现这种问题 其实如果说你的并发量很低的话,特别是读并发很低,每天访问量就1万次,那么很少的情况下,会出现刚才描述的那种不一致的场景

但是问题是,如果每天的是上亿的流量,每秒并发读是几万,每秒只要有数据更新的请求,就可能会出现上述的数据库+缓存不一致的情况

高并发了以后,问题是很多的

方案 : 数据库与缓存更新与读取操作进行异步串行化 

更新数据的时候,根据数据的唯一标识,将操作路由之后,发送到一个jvm内部的队列中

读取数据的时候,如果发现数据不在缓存中,那么将重新读取数据+更新缓存的操作,

根据唯一标识路由之后,也发送同一个jvm内部的队列中 一个队列对应一个工作线程 ;

每个工作线程串行拿到对应的操作,然后一条一条的执行

这样的话,一个数据变更的操作,先执行,删除缓存,然后再去更新数据库,但是还没完成更新

此时如果一个读请求过来,读到了空的缓存,那么可以先将缓存更新的请求发送到队列中,此时会在队列中积压,然后同步等待缓存更新完成 这里有一个优化点,一个队列中,其实多个更新缓存请求串在一起是没意义的,因此可以做过滤,如果发现队列中已经有一个更新缓存的请求了,那么就不用再放个更新请求操作进去了,直接等待前面的更新操作请求完成即可 


高并发的场景下,该解决方案要注意的问题

由于读请求进行了非常轻度的异步化,所以一定要注意读超时的问题,每个读请求必须在超时时间范围内返回

该解决方案,最大的风险点在于说,可能数据更新很频繁,导致队列中积压了大量更新操作在里面,然后读请求会发生大量的超时,最后导致大量的请求直接走数据库。

针对读高并发,读缓存架构的项目,一般写请求相对读来说,是非常非常少的,每秒的QPS能到几百就不错了
一秒,500的写操作,5份,每200ms,就100个写操作
单机器,20个内存队列,每个内存队列,可能就积压5个写操作,每个写操作性能测试后,一般在20ms左右就完成

那么针对每个内存队列中的数据的读请求,也就最多hang一会儿,200ms以内肯定能返回了  

写QPS扩大10倍,但是经过刚才的测算,就知道,单机支撑写QPS几百没问题,那么就扩容机器,扩容10倍的机器,
10台机器,每个机器20个队列,200个队列

大部分的情况下,应该是这样的,大量的读请求过来,都是直接走缓存取到数据的

读请求并发量过高
这里还必须做好压力测试,确保恰巧碰上上述情况的时候,还有一个风险,就是突然间大量读请求会在几十毫秒的延时hang在服务上,
看服务能不能抗的住,需要多少机器才能抗住最大的极限情况的峰值
但是因为并不是所有的数据都在同一时间更新,缓存也不会同一时间失效,所以每次可能也就是少数数据的缓存失效了
,然后那些数据对应的读请求过来,并发量应该也不会特别大
按1:99的比例计算读和写的请求,每秒5万的读QPS,可能只有500次更新操作
如果一秒有500的写QPS,那么要测算好,可能写操作影响的数据有500条,这500条数据在缓存中失效后,可能导致多少读请求,发送读请求到库存服务来,要求更新缓存
一般来说,1:1,1:2,1:3,每秒钟有1000个读请求,会hang在库存服务上,每个读请求最多hang多少时间,200ms就会返回
在同一时间最多hang住的可能也就是单机200个读请求,同时hang住
单机hang200个读请求,还是ok的
1:20,每秒更新500条数据,这500秒数据对应的读请求,会有20 * 500 = 1万

1万个读请求全部hang在库存服务上,就死定了

多服务实例部署的请求路由



可能这个服务部署了多个实例,那么必须保证说,执行数据更新操作,以及执行缓存更新操作的请求,
都通过nginx服务器路由到相同的服务实例上


热点商品的路由问题,导致请求的倾斜



万一某个商品的读写请求特别高,全部打到相同的机器的相同的队列里面去了,可能造成某台机器的压力过大


就是说,因为只有在商品数据更新的时候才会清空缓存,然后才会导致读写并发,所以更新频率不是太高的话,
这个问题的影响并不是特别大


但是的确可能某些机器的负载会高一些

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