Redis缓存和数据库一致性问题

缓存应用和数据库在更新时经常会出现不一致的问题,采用哪种策略,值得去思考。 
从理论上来说,给缓存设置过期时间,是保证最终一致性的解决方案。这种方案下,我们可以对存入缓存的数据设置过期时间,所有的写操作以数据库为准,对缓存操作只是尽最大努力即可。也就是说如果数据库写成功,缓存更新失败,那么只要到达过期时间,则后面的读请求自然会从数据库中读取新值然后回填缓存。因此,接下来讨论的思路不依赖于给缓存设置过期时间这个方案。

  • 先删除缓存,再更新数据库

    该方案会导致不一致的原因是。同时有一个请求A进行更新操作,另一个请求B进行查询操作。那么会出现如下情形: 
    (1)请求A进行写操作,删除缓存 
    (2)请求B查询发现缓存不存在 
    (3)请求B去数据库查询得到旧值 
    (4)请求B将旧值写入缓存 
    (5)请求A将新值写入数据库 
    上述情况就会导致不一致的情形出现。而且,如果不采用给缓存设置过期时间策略,该数据永远都是脏数据。 
    那么,如何解决呢?采用延时双删策略

public void write(String key,Object data){
    redisUtils.del(key);
    db.update(data);
    Thread.Sleep(100);
    redisUtils.del(key);
}
  • 1
  • 2
  • 3
  • 4
  • 5
  • 6

转化为中文描述就是 
(1)先淘汰缓存 
(2)再写数据库(这两步和原来一样) 
(3)休眠1秒,再次淘汰缓存 
这么做,可以将1秒内所造成的缓存脏数据,再次删除。 
如果你用了mysql的读写分离架构怎么办? 
ok,在这种情况下,造成数据不一致的原因如下,还是两个请求,一个请求A进行更新操作,另一个请求B进行查询操作。 
(1)请求A进行写操作,删除缓存 
(2)请求A将数据写入数据库了, 
(3)请求B查询缓存发现,缓存没有值 
(4)请求B去从库查询,这时,还没有完成主从同步,因此查询到的是旧值 
(5)请求B将旧值写入缓存 
(6)数据库完成主从同步,从库变为新值 
上述情形,就是数据不一致的原因。还是使用双删延时策略。只是,睡眠时间修改为在主从同步的延时时间基础上,加几百ms。 
采用这种同步淘汰策略,吞吐量降低怎么办? 
ok,那就将第二次删除作为异步的。自己起一个线程,异步删除。这样,写的请求就不用沉睡一段时间后了,再返回。这么做,加大吞吐量。 
第二次删除,如果删除失败怎么办? 
这是个非常好的问题,因为第二次删除失败,就会出现如下情形。还是有两个请求,一个请求A进行更新操作,另一个请求B进行查询操作,为了方便,假设是单库: 
(1)请求A进行写操作,删除缓存 
(2)请求B查询发现缓存不存在 
(3)请求B去数据库查询得到旧值 
(4)请求B将旧值写入缓存 
(5)请求A将新值写入数据库 
(6)请求A试图去删除请求B写入对缓存值,结果失败了。 
ok,这也就是说。如果第二次删除缓存失败,会再次出现缓存和数据库不一致的问题。 
如何解决呢? 
具体解决方案,且看博主对第(3)种更新策略的解析。

  • 先更新数据库,再删缓存

首先,先说一下。老外提出了一个缓存更新套路,名为《Cache-Aside pattern》。其中就指出

失效:应用程序先从cache取数据,没有得到,则从数据库中取数据,成功后,放到缓存中。 
命中:应用程序从cache中取数据,取到后返回。 
更新:先把数据存到数据库中,成功后,再让缓存失效。 
另外,知名社交网站facebook也在论文《Scaling Memcache at Facebook》中提出,他们用的也是先更新数据库,再删缓存的策略。 
这种情况不存在并发问题么? 
不是的。假设这会有两个请求,一个请求A做查询操作,一个请求B做更新操作,那么会有如下情形产生 
(1)缓存刚好失效 
(2)请求A查询数据库,得一个旧值 
(3)请求B将新值写入数据库 
(4)请求B删除缓存 
(5)请求A将查到的旧值写入缓存 
ok,如果发生上述情况,确实是会发生脏数据。 
然而,发生这种情况的概率又有多少呢? 
发生上述情况有一个先天性条件,就是步骤(3)的写数据库操作比步骤(2)的读数据库操作耗时更短,才有可能使得步骤(4)先于步骤(5)。可是,大家想想,数据库的读操作的速度远快于写操作的(不然做读写分离干嘛,做读写分离的意义就是因为读操作比较快,耗资源少),因此步骤(3)耗时比步骤(2)更短,这一情形很难出现。 
假设,有人非要抬杠,有强迫症,一定要解决怎么办? 
如何解决上述并发问题? 
首先,给缓存设有效时间是一种方案。其次,采用策略(2)里给出的异步延时删除策略,保证读请求完成以后,再进行删除操作。 
还有其他造成不一致的原因么? 
有的,这也是缓存更新策略(2)和缓存更新策略(3)都存在的一个问题,如果删缓存失败了怎么办,那不是会有不一致的情况出现么。比如一个写数据请求,然后写入数据库了,删缓存失败了,这会就出现不一致的情况了。这也是缓存更新策略(2)里留下的最后一个疑问。 
如何解决? 
提供一个保障的重试机制即可,这里给出两套方案。 
方案一: 
这里写图片描述

流程如下所示 
(1)更新数据库数据; 
(2)缓存因为种种问题删除失败 
(3)将需要删除的key发送至消息队列 
(4)自己消费消息,获得需要删除的key 
(5)继续重试删除操作,直到成功 
然而,该方案有一个缺点,对业务线代码造成大量的侵入。于是有了方案二,在方案二中,启动一个订阅程序去订阅数据库的binlog,获得需要操作的数据。在应用程序中,另起一段程序,获得这个订阅程序传来的信息,进行删除缓存操作。 
方案二: 
这里写图片描述

流程如下图所示: 
(1)更新数据库数据 
(2)数据库会将操作信息写入binlog日志当中 
(3)订阅程序提取出所需要的数据以及key 
(4)另起一段非业务代码,获得该信息 
(5)尝试删除缓存操作,发现删除失败 
(6)将这些信息发送至消息队列 
(7)重新从消息队列中获得该数据,重试操作。

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