缓存不一致问题解决方案

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一、前言

缓存由于其高并发和高性能的特性,已经在项目中被广泛使用。在读取缓存方面,其业务流程如下图所示:

但是在更新缓存方面,由于会出现数据不一致的情况,所以对于更新完数据库,是更新缓存呢,还是删除缓存。又或者是先删除缓存,再更新数据库,其实大家存在很大的争议,本篇文章我们来简单比较几种方式的优缺点。

二、正文

先做一个说明,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。
在这里,我们讨论三种更新策略:

  1. 先更新数据库,再更新缓存
  2. 先删除缓存,再更新数据库
  3. 先更新数据库,再删除缓存

(1)先更新数据库,再更新缓存

这种方案大家是普遍反对的,因为会存咋如下线程不安全的问题:

假如张三和李四同时进行更新操作,可能会出现如下情况

  • 张三更新了数据库
  • 李四更新了数据库
  • 李四更新了缓存
  • 张三更新了缓存

这就出现了李四更新缓存比张三早,数据脏了。

(2)先删缓存,再更新数据库

该方案会导致不一致的原因是。同时有一个请求张三进行更新操作,另一个请求李四进行查询操作。那么会出现如下情形:

  • 张三删除缓存
  • 李四查询发现缓存不存在
  • 李四查询数据库得到旧值
  • 李四将旧值写入缓存
  • 张三将新值写入数据库

上述情况也会导致数据不一致的情形出现

那么如何解决呢?我们可以采用延时双删策略

  • 先删除缓存
  • 再写数据库(到这里和上面是一样的)
  • 休眠一定时间,再次删除缓存

这么做,可以将一定时间内造成的缓存脏数据,再次删除

那么这个一定时间我们应该如何确定呢

针对上面的情形,读者应该自行评估自己的项目的读数据业务逻辑的耗时。然后写数据的休眠时间则在读数据业务逻辑的耗时基础上,加几百ms即可。这么做的目的,就是确保读请求结束,写请求可以删除读请求造成的缓存脏数据。

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。

到这里有同学又会问了,第二次删除,如果删除失败怎么办? 如果第二次删除失败了,也会出现缓存和数据库不一致的问题。

先看第三种方案:

(3)先更新数据库,再删除缓存 那么这种情况会不会存在并发问题呢?也有可能,大家看看如下步骤:

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?

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。

第一种方案:

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。

第二种方案: