高并发下该先更新缓存还是数据库?踩完这些坑你就懂了

雷架 2021-02-08 15:46:14
背景

 

在大型系统中,为了减少数据库压力通常会引入缓存机制,一旦引入缓存又很容易造成缓存和数据库数据不一致,导致用户看到的是旧数据。

 

为了减少数据不一致的情况,更新缓存和数据库的机制显得尤为重要,接下来带领大家踩踩坑。

 

 

Cache aside

 

Cache aside也就是旁路缓存,是比较常用的缓存策略。

 

 
(1)读请求 常见流程

Cache aside 读请求

 

应用首先会判断缓存是否有该数据,缓存命中直接返回数据,缓存未命中即缓存穿透到数据库,从数据库查询数据然后回写到缓存中,最后返回数据给客户端。

 

 
(2)写请求 常见流程

Cache aside 写请求

 

首先更新数据库,然后从缓存中删除该数据。

 

看了写请求的图之后,有些同学可能要问了:为什么要删除缓存,直接更新不就行了?这里涉及到几个坑,我们一步一步踩下去。

 

Cache aside踩坑

 

Cache aside策略如果用错就会遇到深坑,下面我们来逐个踩。

 

 
踩坑一:先更新数据库,再更新缓存

 

如果同时有两个写请求需要更新数据,每个写请求都先更新数据库再更新缓存,在并发场景可能会出现数据不一致的情况。

 

先更新数据库,再更新缓存

 

如上图的执行过程:

 

  • 写请求1更新数据库,将 age 字段更新为18;

 

  • 写请求2更新数据库,将 age 字段更新为20;

 

  • 写请求2更新缓存,缓存 age 设置为20;

 

  • 写请求1更新缓存,缓存 age 设置为18;

 

执行完预期结果是数据库 age 为20,缓存 age 为20,结果缓存 age为18,这就造成了缓存数据不是最新的,出现了脏数据。

 

 
踩坑二:先删缓存,再更新数据库

 

如果写请求的处理流程是先删缓存再更新数据库,在一个读请求和一个写请求并发场景下可能会出现数据不一致情况。

 

先删缓存,再更新数据库

 

如上图的执行过程:

 

  • 写请求删除缓存数据;

     

  • 读请求查询缓存未击中(Hit Miss),紧接着查询数据库,将返回的数据回写到缓存中;

     

  • 写请求更新数据库。

 

整个流程下来发现数据库中age为20,缓存中age为18,缓存和数据库数据不一致,缓存出现了脏数据。

 

 
踩坑三:先更新数据库,再删除缓存

 

在实际的系统中针对写请求还是推荐先更新数据库再删除缓存,但是在理论上还是存在问题,以下面这个例子说明。

 

先更新数据库,再删除缓存

 

如上图的执行过程:

 

  • 读请求先查询缓存,缓存未击中,查询数据库返回数据;

 

  • 写请求更新数据库,删除缓存;

 

  • 读请求回写缓存;

 

整个流程操作下来发现数据库age为20缓存age为18,即数据库与缓存不一致,导致应用程序从缓存中读到的数据都为旧数据。

 

但我们仔细想一下,上述问题发生的概率其实非常低,因为通常数据库更新操作比内存操作耗时多出几个数量级,上图中最后一步回写缓存(set age 18)速度非常快,通常会在更新数据库之前完成。

 

如果这种极端场景出现了怎么办?我们得想一个兜底的办法:缓存数据设置过期时间。通常在系统中是可以允许少量的数据短时间不一致的场景出现。

 

Read through

 

在 Cache Aside 更新模式中,应用代码需要维护两个数据源头:一个是缓存,一个是数据库。而在 Read-Through 策略下,应用程序无需管理缓存和数据库,只需要将数据库的同步委托给缓存提供程序 Cache Provider 即可。所有数据交互都是通过抽象缓存层完成的。

 

Read-Through流程

 

如上图,应用程序只需要与Cache Provider交互,不用关心是从缓存取还是数据库。

 

在进行大量读取时,Read-Through 可以减少数据源上的负载,也对缓存服务的故障具备一定的弹性。如果缓存服务挂了,则缓存提供程序仍然可以通过直接转到数据源来进行操作。

 

Read-Through 适用于多次请求相同数据的场景,这与 Cache-Aside 策略非常相似,但是二者还是存在一些差别,这里再次强调一下:

 

  • 在 Cache-Aside 中,应用程序负责从数据源中获取数据并更新到缓存。

 

  • 在 Read-Through 中,此逻辑通常是由独立的缓存提供程序(Cache Provider)支持。

 

Write through

 

Write-Through 策略下,当发生数据更新(Write)时,缓存提供程序 Cache Provider 负责更新底层数据源和缓存。

 

缓存与数据源保持一致,并且写入时始终通过抽象缓存层到达数据源。

 

Cache Provider类似一个代理的作用。

 

Write-Through流程

 

Write behind

 

Write behind在一些地方也成为Write back,简单理解就是:应用程序更新数据时只更新缓存, Cache Provider每隔一段时间将数据刷新到数据库中。说白了就是延迟写入

 

 

Write behind流程

 

如上图,应用程序更新两个数据,Cache Provider 会立即写入缓存中,但是隔一段时间才会批量写入数据库中。

 

这种方式有优点也有缺点:

 

  • 优点是数据写入速度非常快,适用于频繁写的场景。

 

  • 缺点是缓存和数据库不是强一致性,对一致性要求高的系统慎用。

 

总结一下

 

学了这么多,相信大家对缓存更新的策略都已经有了清晰的认识。最后稍稍总结一下。

 

缓存更新的策略主要分为三种:

 

  • Cache aside

     

  • Read/Write through

 

  • Write behind

 

Cache aside 通常会先更新数据库,然后再删除缓存,为了兜底通常还会将数据设置缓存时间。

 

Read/Write through 一般是由一个 Cache Provider 对外提供读写操作,应用程序不用感知操作的是缓存还是数据库。

 

Write behind简单理解就是延迟写入,Cache Provider 每隔一段时间会批量输入数据库,优点是应用程序写入速度非常快。

 

好了,今天先到这里了,大家学会了吗?

 

作者丨雷架
来源丨公众号:爱笑的架构师(ID:DancingOnYourCode)
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