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掌握分布式环境缓存更新策略, 提高缓存与数据库双写一致性!

作者:C++后台开发
  • 2022-12-13
    湖南
  • 本文字数:1714 字

    阅读完需:约 6 分钟

掌握分布式环境缓存更新策略,提高缓存与数据库双写一致性!

概述

随着时代的发展,服务系统架构也已经由最初的单体架构转变为分布式、微服务架构模式。 从数据体量上来看,各系统存储的数据量越来越大,数据的查询性能越来越低。 此时,就需要我们不断的进行优化,最常用的就是引入缓存。 而引入缓存后,我们如何保证缓存和数据库的一致性呢?

常见策略模式

常见更新策略有 Cache Aside (旁路缓存)、Read/Write Through (读穿 / 写穿)、Write Behind/Back(写回)三种模式, 其中旁路缓存是目前应用最广泛的一种方式。

Cache Aside (旁路缓存)

  • 失效:应用程序先从 cache 取数据,没有获取到,则从数据库中取数据,成功后,放到缓存中。

  • 命中:应用程序从 cache 中取数据,取到后返回。

  • 更新:先把数据存到数据库中,成功后,再让当前缓存失效

是不是 Cache Aside 这个就不会有并发问题了?

不是的,比如,一个是读操作,但是没有命中缓存,然后就到数据库中取数据,此时来了一个写操作,写完数据库后,让缓存失效, 然后,之前的那个读操作再把老的数据放进去,所以,会造成脏数据。

为什么这种思路存在这么明显的问题,却还具有那么广泛的应用呢?因为这个 case 实际上出现的概率非常低,产生这个 case 需要具备如下 4 个条件

  1. 读操作读缓存失效

  2. 有个并发的写操作

  3. 写操作比读操作更快

  4. 读操作早于写操作进入数据库,晚于写操作更新缓存

而实际上数据库的写操作会比读操作慢得多,而且还要锁表,而读操作必需在写操作前进入数据库操作,而又要晚于写操作更新缓存。 所有的这些条件都具备的概率基本并不大。并且即使出现这个问题还有一个缓存过期时间来自动兜底。

为什么删除而不是更新缓存?

现在思考一个问题,为什么是删除缓存,而不是更新缓存呢? 删除一个数据,相比更新一个数据更加轻量级,出问题的概率更小。

在实际业务中,缓存的数据可能不是直接来自数据库表,也许来自多张底层数据表的聚合。 比如商品详情信息,在底层可能会关联商品表、价格表、库存表等,如果更新了一个价格字段, 那么就要更新整个数据库,还要关联的去查询和汇总各个周边业务系统的数据,这个操作会非常耗时。

从另外一个角度,不是所有的缓存数据都是频繁访问的,更新后的缓存可能会长时间不被访问, 所以说,从计算资源和整体性能的考虑,更新的时候删除缓存,等到下次查询命中再填充缓存,是一个更好的方案。

系统设计中有一个思想叫 Lazy Loading,适用于那些加载代价大的操作,删除缓存而不是更新缓存,就是懒加载思想的一个应用。

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​Read/Write Through (读穿 / 写穿)

在这种情况下,应用程序将缓存视为主数据存储。应用程序不再和数据库交互,而是由缓存和数据库交互,相当于更新数据库的操作由缓存自己代理了。

  • 失效:应用程序先从 cache 取数据,没有获取到,则 cache 从数据库中取数据,成功后,放到缓存中。

  • 命中:应用程序从 cache 中取数据,取到后返回。

  • 更新:先把数据更新到缓存中,还将数据更新到数据库。


Write Behind/Back(写回)

在这种缓存策略中,先更新缓存,然后在设定的一段时间后异步更新数据库。 此策略特别适合写多的场景,因为发生写操作的时候, 只需要更新缓存,就立马返回了。 Write-behind 缓存提高了系统性能,因为用户(通常)不必等待对数据库的更改,但是异步机制会增加数据延迟不一致的风险。

​结语

总结

三种缓存模式优缺点:

Cache Aside 更新模式实现起来比较简单,但是需要维护两个数据存储,一个是缓存(Cache),一个是数据库(Repository)。

Read/Write Through 更新模式只需要维护一个数据存储(缓存),但是实现起来要复杂一些。

Write Behind Caching 更新模式和 Read/Write Through 更新模式类似,区别是 Write Behind Caching 更新模式的数据持久化操作是异步的, 但是 Read/Write Through 更新模式的数据持久化操作是同步的。


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