緩存與數(shù)據(jù)庫(kù)雙寫一致性幾種策略分析

一、背景

在高并發(fā)場(chǎng)景中，為防止大量請(qǐng)求直接訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)，緩解數(shù)據(jù)庫(kù)壓力，常用的方式一般會(huì)增加緩存層起到緩沖作用，減少數(shù)據(jù)庫(kù)壓力。引入緩存，就會(huì)涉及到緩存與數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)如何保持一致性問(wèn)題，本文將對(duì)幾種緩存與數(shù)據(jù)庫(kù)保證數(shù)據(jù)一致性的使用方式進(jìn)行分析。為保證高并發(fā)性能，以下分析場(chǎng)景不考慮執(zhí)行的原子性及加鎖等強(qiáng)一致性要求的場(chǎng)景，僅追求最終一致性。

二、讀取過(guò)程

?讀緩存

?如果緩存里沒(méi)有值，那就讀取數(shù)據(jù)庫(kù)的值

?同時(shí)把這個(gè)值寫進(jìn)緩存中

三、更新過(guò)程

更新操作有多種策略，各有優(yōu)劣，主要針對(duì)此場(chǎng)景進(jìn)行分析

策略 1：先更新 db，再刪除緩存（常用的 Cache-Aside Pattern旁路緩存）

問(wèn)題：

1. 如果更新 db 成功，刪緩存失敗，將導(dǎo)致數(shù)據(jù)不一致

2. 極端場(chǎng)景，請(qǐng)求 A 讀，B 寫

1) 此時(shí)緩存剛好失效 2）A 查庫(kù)得到舊值 3）B 更新 DB 成功

4）B 刪除緩存 5）A 將查到的舊值更新到緩存中

此場(chǎng)景的發(fā)生需要步驟 2）查 db 始終慢于 3）的更新 db，才能導(dǎo)致 4）先于 5）執(zhí)行，通常 db 的查詢是要快于寫入的，所以此極端場(chǎng)景的產(chǎn)生過(guò)于嚴(yán)格，不易發(fā)生

策略 2：先更新 db, 再更新緩存

問(wèn)題：

1. 并發(fā)更新場(chǎng)景下，更新緩存會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)不一致

2. 根據(jù)讀寫比，考慮是否有必要頻繁同步更新緩存，而且，如果構(gòu)造緩存中數(shù)據(jù)過(guò)于復(fù)雜，或者數(shù)據(jù)更新頻繁，但是讀取并不頻繁的情況，還會(huì)造成不必要的性能損耗

此種方式不推薦

策略 3: 先更新緩存，再更新 db

同上，不推薦

策略 4：先刪緩存，再更新 db

??先刪緩存，雖然解決了策略 1 中，后刪緩存如果失敗的場(chǎng)景，但也會(huì)發(fā)生不一致的問(wèn)題

例如：請(qǐng)求 A 刪除緩存，這時(shí)請(qǐng)求 B 來(lái)查，就會(huì)擊穿到數(shù)據(jù)庫(kù)，B 讀取到舊的值后寫入緩存，A 正常更新 db, 由于時(shí)間差導(dǎo)致數(shù)據(jù)不一致的情況

策略 5：緩存延時(shí)雙刪

??該策略兼容了策略 1 和策略 4, 解決了先刪緩存還是后刪緩存的問(wèn)題，如策略 1 中，更新 db 后刪緩存失敗和策略 4 中的不一致場(chǎng)景，該策略可以將延時(shí)時(shí)間內(nèi)（比如延時(shí) 10ms）所造成的緩存臟數(shù)據(jù)，再次刪除。但是，如果延時(shí)刪緩存失敗，策略 4 中不一致問(wèn)題還會(huì)發(fā)生，同時(shí)延時(shí)的實(shí)現(xiàn)，如創(chuàng)建線程，或者引入 mq 異步，可能會(huì)增加系統(tǒng)復(fù)雜度問(wèn)題。

策略 6：變種雙刪，前置緩存過(guò)期時(shí)間

?該策略針對(duì)策略 1 中后刪緩存失敗的場(chǎng)景，前置一層緩存數(shù)據(jù)過(guò)期時(shí)間（具體時(shí)間根據(jù)自身系統(tǒng)本身評(píng)估，如可覆蓋 db 讀寫耗時(shí)或一致性容忍度等），更新 db 后就算刪緩存失敗，在 expire 時(shí)間后也能保證緩存中無(wú)數(shù)據(jù)。同時(shí)，前置 expire 失敗，或者更新 db 失敗，都不會(huì)影響數(shù)據(jù)一致。

能夠解決策略 4 中的問(wèn)題：請(qǐng)求 A 刪除緩存，這時(shí)請(qǐng)求 B 來(lái)查，就會(huì)擊穿到數(shù)據(jù)庫(kù)，B 讀取到舊的值后寫入緩存，A 正常更新 db, 由于時(shí)間差導(dǎo)致數(shù)據(jù)不一致的情況，描述圖如下：

??本策略中步驟 1 為 expire 緩存，不會(huì)發(fā)生擊穿緩存到數(shù)據(jù)庫(kù)的情況，數(shù)據(jù)將直接返回。除非更極端情況，如下圖:

expire 時(shí)間沒(méi)有覆蓋住更新 db 的耗時(shí)，類似策略 1 中極端場(chǎng)景，此處不贅述

四、總結(jié)

對(duì)于每種方案策略，各有利弊，但一致性問(wèn)題始終存在（文章開頭排除了原子性和鎖），只是發(fā)生的幾率在一點(diǎn)點(diǎn)慢慢變小了，方案的評(píng)估不僅要根據(jù)自身系統(tǒng)的業(yè)務(wù)場(chǎng)景，如讀寫比、并發(fā)量、一致性容忍度，還要考慮系統(tǒng)復(fù)雜度，投入產(chǎn)出比等，尋找最合適的方案。

審核編輯：劉清