关于缓存更新的一些可借鉴套路

hello，大家好，我是张张，「架构精进之路」公号作者。

一、背景

目前随着缓存架构方案越来越成熟化，通常做法是引入「缓存」来提高读性能，架构模型就变成了这样：

先来看一下什么时候创建缓存，前端请求的读操作先从缓存中查询数据，如果没有命中数据，则查询数据库，从数据库查询成功后，返回结果，同时更新缓存，方便下次操作。

在数据不发生变更的情况下，这种方式没有问题，如果数据发生了更新操作，就必须要考虑如何操作缓存，保证一致性。

如何保证缓存和数据库的一致性，这算得上是个老生常谈的话题啦，看到好多技术新人在写更新缓存数据代码，采用了非常复杂甚至“诡异”的方案，甚为不解。

今天就一起花点儿时间来聊聊吧~

二、缓存和数据库数据一致性问题

1）先更新缓存，后更新数据库

如果缓存更新成功了，但数据库更新失败，那么此时缓存中是最新值，但数据库中是「旧值」。

虽然此时读请求可以命中缓存，拿到正确的值，但是，一旦缓存「失效」，就会从数据库中读取到「旧值」，重建缓存也是这个旧值。

这时用户会发现自己之前修改的数据又「变回去」了，对业务造成影响。

2）先更新数据库，后更新缓存

如果数据库更新成功了，但缓存更新失败，那么此时数据库中是最新值，缓存中是「旧值」。

之后的读请求读到的都是旧数据，只有当缓存「失效」后，才能从数据库中得到正确的值。

这时用户会发现，自己刚刚修改了数据，但却看不到变更，一段时间过后，数据才变更过来，对业务也会有影响。

可见，上面两种情况，无论谁先谁后，但凡后者发生异常，就会对业务造成影响。那怎么解决这个问题呢？

三、缓存更新 Design Pattern

介绍几个也许有效的套路给大家吧~ 希望有帮助。

1）Cache Aside Pattern

如上图所示，一个是查询操作，一个是更新操作的并发。

首先，没有了删除 cache 数据的操作了，而是先更新了数据库中的数据，此时，缓存依然有效，所以，并发的查询操作拿的是没有更新的数据，但是，更新操作马上让缓存的失效了，后续的查询操作再把数据从数据库中拉出来。而不会像文章开头的那个逻辑产生的问题，后续的查询操作一直都在取旧数据。

那么，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。

2）Read/Write Through Pattern

• Read Through

Read Through 套路就是在查询操作中更新缓存，也就是说，当缓存失效的时候（过期或 LRU 换出），Cache Aside 是由调用方负责把数据加载入缓存，而 Read Through 则用缓存服务自己来加载，从而对应用方是透明的。

• Write Through

Write Through 套路和 Read Through 相仿，不过是在更新数据时发生。当有数据更新的时候，如果没有命中缓存，直接更新数据库，然后返回。如果命中了缓存，则更新缓存，然后再由 Cache 自己更新数据库（这是一个同步操作）

操作逻辑如下图所示：

3）Write Behind Caching Pattern

基本逻辑如下：

Write Behind 又叫 Write Back。

简单说就是，在更新数据的时候，只更新缓存，不更新数据库，而我们的缓存会异步地批量更新数据库。这个设计的好处就是让数据的 I/O 操作飞快无比（直接操作内存的嘛 ），因为异步，write backg 还可以合并对同一个数据的多次操作，所以性能的提高是相当可观的。

但是，其带来的问题是，数据不是强一致性的，而且可能会丢失（我们知道 Unix/Linux 非正常关机会导致数据丢失，类似这种情况）。

另外，Write Back 实现逻辑比较复杂，因为他需要 track 有哪些数据是被更新了的，需要刷到持久层上。操作系统的 write back 会在仅当这个 cache 需要失效的时候，才会被真正持久起来，比如，内存不够了，或是进程退出了等情况，这又叫 lazy write。

四、总结

对于这个老生常谈的问题，分析起来其实并不简单。

额外分享几点自己心得给你：

1、性能和一致性不能同时满足，为了性能考虑，通常会采用「最终一致性」的方案；

2、掌握缓存和数据库一致性问题，核心问题有 3 点：缓存利用率、并发、缓存 + 数据库一起成功问题；

3、失败场景下要保证一致性，常见手段就是「重试」，同步重试会影响吞吐量，所以通常会采用异步重试的方案；

4、订阅变更日志的思想，本质是把权威数据源（例如 MySQL）当做 leader 副本，让其它异质系统（例如 Redis / Elasticsearch）成为它的 follower 副本，通过同步变更日志的方式，保证 leader 和 follower 之间保持一致。

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