漫谈数据库与缓存一致性

2021-11-08 本文已影响0人 lfboo

为了追求更高的响应速度，通常我们会引入缓存，而拒绝每次都请求DB。
引入缓存后，在更新数据时，不仅要更新DB数据，而且要更新缓存数据，这两个更新操作存在顺序问题：

两者都存在并发问题，分析如下：

假设有两个请求，同时更新一条数据，则可能出现如下情况

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request1 先更新DB为1，在更新缓存之前，request2更新DB为2，接着request2更新缓存为2，然后request1更新缓存为1
于是，结果就出现DB为2，缓存为1，两者不一致。

该情况同时存在并发问题，如：

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request1先更新缓存为1，在更新DB之前，request2更新缓存为2，接着request2更新DB为2，然后request1更新DB为1
于是，结果就出现缓存为2，DB为1，两者不一致

所以，无论是「先更新数据库，再更新缓存」，还是「先更新缓存，再更新数据库」，这两个方案都存在并发问题，当两个请求并发更新同一条数据的时候，可能会出现缓存和数据库中的数据不一致的现象。

于是很容易想到，更新数据时，不更新缓存，而是删除缓存，此时如果读数据发现缓存没数据，会再从DB中读数据，然后更新到缓存。
可是在更新数据时，依然会存在删缓存和更新数据的顺序问题

假设某个用户的年龄是 20，request1要更新用户年龄为 21，所以它会删除缓存中的内容。这时，另一个request2要读取这个用户的年龄，它查询缓存发现未命中后，会从数据库中读取到年龄为 20，并且写入到缓存中，然后request1继续更改数据库，将用户的年龄更新为 21

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最终，该用户年龄在缓存中是 20（旧值），在数据库中是 21（新值），缓存和数据库的数据不一致。
可以看到，先删除缓存，再更新数据库，在「读 + 写」并发的时候，还是会出现缓存和数据库的数据不一致的问题。

继续用「读 + 写」请求的并发的场景来分析。

假如某个用户数据在缓存中不存在，request1读取数据时从数据库中查询到年龄为 20，在未写入缓存中时另一个request2更新数据。它更新数据库中的年龄为 21，并且清空缓存。这时request1把从数据库中读到的年龄为 20 的数据写入到缓存中。

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最终，该用户年龄在缓存中是 20（旧值），在数据库中是 21（新值），缓存和数据库数据不一致。
从上面的理论上分析，先更新数据库，再删除缓存也是会出现数据不一致性的问题，但是在实际中，这个问题出现的概率并不高。

因为缓存的写入通常要远远快于数据库的写入，所以在实际中很难出现request2 已经更新了数据库并且删除了缓存，request1才更新完缓存的情况。

而一旦request1早于request2 删除缓存之前更新了缓存，那么接下来的请求就会因为缓存不命中而从数据库中重新读取数据，所以不会出现这种不一致的情况。

所以，「先更新数据库 + 再删除缓存」的方案，是可以保证数据一致性的。

理论上先更新数据库，再删除缓存是正常的，但理论上建立在更新数据库和删除缓存都成功的基础上的，如果更新数据库后，再删除缓存时失败了，则缓存依旧是旧值，依旧会存在DB和缓存数据不一致。

先更新数据库，再删除缓存的方案虽然保证了数据库与缓存的数据一致性，但是每次更新数据的时候，缓存的数据都会被删除，这样会对缓存的命中率带来影响。
所以，如果我们的业务对缓存命中率有很高的要求，我们可以采用「更新数据库 + 更新缓存」的方案，因为更新缓存并不会出现缓存未命中的情况。

但是这个方案前面我们也分析过，在两个更新请求并发执行的时候，会出现数据不一致的问题，因为更新数据库和更新缓存这两个操作是独立的，而我们又没有对操作做任何并发控制，那么当两个线程并发更新它们的话，就会因为写入顺序的不同造成数据的不一致。

所以我们得增加一些手段来解决这个问题，这里提供两种做法：