数据库缓存双写一致性

Cache Aside Pattern

最经典的缓存+数据库读写的模式

  • 读的时候,先读缓存,缓存没有的话,就读数据库,然后取出数据后放入缓存,同时返回响应。
  • 更新的时候,先更新数据库,然后再删除缓存

为什么不能更新呢?

主要是两个问题,第一个是缓存的数据不一定是单纯的查库,可能还需要计算。第二个就是如果有并发
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请求B是最后请求的,那么应该是他最后更新缓存为正确的数据,但是有可能请求A处理的更慢,所以请求A更新了最后的缓存,就会存在不一致。

当然,Cache Aside Pattern也会有并发问题,比如

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但是数据库读操作速度远快于写操作,所以存在脏数据的可能性为0。到这里基本上就结束了。

当然,如果真的存在,怎么办?
简单,双删就行了,即第一次删除缓存之后,等待一段时间重新再删一次。等待时间由具体业务决定,以及需要考虑到数据库主从同步时间等。某些业务场景上,还可以设置缓存的过期时间,这样最差的情况就是在超时时间内数据存在不一致,而且增加了写请求的耗时。

删除缓存失败了怎么办,解决方法如下
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即引入消息队列,删除缓存失败的记录下来重复删除,直到成功方可。如此一来,万无一失。

先删除了缓存,再更新数据库

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。随后数据变更的程序完成了数据库的修改,数据不一致。
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如果这时候使用双删必须控制好时间间隔,否则会因为数据库主从同步可能导致问题。
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解决方案如下

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,那么将重新执行“读取数据+更新缓存”的操作,根据唯一标识路由之后,也发送到同一个 jvm 内部队列中。

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,没有读到缓存,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。

待那个队列对应的工作线程完成了上一个操作的数据库的修改之后,才会去执行下一个操作,也就是缓存更新的操作,此时会从数据库中读取最新的值,然后写入缓存中。

如果请求还在等待时间范围内,不断轮询发现可以取到值了,那么就直接返回;如果请求等待的时间超过一定时长,那么这一次直接从数据库中读取当前的旧值。

高并发的场景下,该解决方案要注意的问题

  • 读请求长时阻塞
    可能数据更新很频繁,导致队列中积压了大量更新操作,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。
    需要根据业务情况,模拟最繁忙的时候队列中的积压,也许需要部署多个服务,分摊压力。一般来说,数据的写频率是很低的,因此实际上正常来说,在队列中积压的更新操作应该是很少的。

  • 读请求并发量过高
    本次更新时队列前面有一堆更新操作,突然间大量本次数据读请求会在几十毫秒的延时夯在服务上。
    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。

  • 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,可能会造成某台机器的压力过大。
    如果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

参考

互联网 Java 工程师进阶知识完全扫盲
两次被裁之后,我终于解决了数据库缓存一致性问题