快取 分布式資料庫與快取一致性問題

2021-09-22 16:31:55 字數 3879 閱讀 3980

快取的讀取,比較常規

但是在更新快取方面比較有爭議,具體有以下幾種方式

先更新db,再更新cache

先更新db,再刪除cache

先刪除cache,再更新db

執行緒安全 (資料不一致)

同時請求a和請求b進行更新操作,那麼

a更新了資料庫

b更新了資料庫

b更新了快取

a更新了快取

這就出現請求a更新快取應該比請求b更新快取早才對,但是因為網路等原因,b卻比a更早更新了快取。這就導致了髒資料。

業務場景

資料型別

效能del cache ,只是經歷了一次cache miss

如果你是乙個寫資料庫場景比較多,而讀資料場景比較少的業務需求,採用這種方案就會導致,資料壓根還沒讀到,快取就被頻繁地更新,浪費效能;

如果你寫入資料庫的值,並不是直接寫入快取的,而是要經過一系列複雜的計算再寫入快取。那麼,每次寫入資料庫後,都再次計算寫入快取的值,無疑是浪費效能的。顯然,刪除快取更為適合。

國外提出了乙個快取更新套路,名為《cache-aside pattern》[1],其中就指出:

失效:應用程式先從cache取資料,沒有得到,則從資料庫中取資料,成功後,放到快取中;

命中:應用程式從cache中取資料,取到後返回;

更新:先把資料存到資料庫中,成功後,再讓快取失效。

另外, facebook也在**《scaling memcache at facebook》[2]中提出,他們用的也是先更新資料庫,再刪快取的策略。

這種情況不存在併發問題麼?不是的。假設這會有兩個請求,乙個請求a做查詢操作,乙個請求b做更新操作,那麼會有如下情形產生:

快取剛好失效;

請求a查詢資料庫,得乙個舊值;

請求b將新值寫入資料庫;

請求b刪除快取;

請求a將查到的舊值寫入快取。

如果發生上述情況,確實是會發生髒資料。

然而,發生這種情況的概率又有多少?

發生上述情況有乙個先天性條件,就是步驟3的寫資料庫操作比步驟2的讀資料庫操作耗時更短,才有可能使得步驟4先於步驟5。可是,大家想想,資料庫的讀操作的速度遠快於寫操作的(不然做讀寫分離幹嘛,做讀寫分離的意義就是因為讀操作比較快,耗資源少),因此步驟3耗時比步驟2更短,這一情形很難出現。

假設,有人非要抬槓,有強迫症,一定要解決怎麼辦?

如何解決上述併發問題?

給快取設有效時間是一種方案。

非同步延時刪除策略,保證讀請求完成以後,再進行刪除操作。

延時雙刪策略

public void write(string key,object data)
轉化為中文描述就是:

先淘汰快取;

再寫資料庫(這兩步和原來一樣);

休眠1秒,再次淘汰快取。

這麼做,可以將1秒內所造成的快取髒資料,再次刪除。

那麼,這個1秒是怎麼確定的,具體該休眠多久呢?

針對上面的情形,應該自行評估自己的專案的讀資料業務邏輯的耗時。然後寫資料的休眠時間則在讀資料業務邏輯的耗時基礎上,加幾百ms即可。這麼做的目的,就是確保讀請求結束,寫請求可以刪除讀請求造成的快取髒資料。

還有其他造成不一致的原因麼?

有的,如果刪快取失敗了怎麼辦,那不是會有不一致的情況出現麼。比如乙個寫資料請求,然後寫入資料庫了,刪快取失敗了,這會就出現不一致的情況了。這也是快取更新策略二里留下的最後乙個疑問。

如何解決?

提供乙個保障的重試機制即可,這裡給出兩套方案。

方案一:

如下圖所示:

流程如下所示:

更新資料庫資料;

快取因為種種問題刪除失敗;

將需要刪除的key傳送至訊息佇列;

自己消費訊息,獲得需要刪除的key;

繼續重試刪除操作,直到成功。

然而,該方案有乙個缺點,對業務線**造成大量的侵入。於是有了方案二,在方案二中,啟動乙個訂閱程式去訂閱資料庫的binlog,獲得需要操作的資料。在應用程式中,另起一段程式,獲得這個訂閱程式傳來的資訊,進行刪除快取操作。

方案二:

流程如下圖所示:

資料庫會將操作資訊寫入binlog日誌當中;

訂閱程式提取出所需要的資料以及key;

另起一段非業務**,獲得該資訊;

嘗試刪除快取操作,發現刪除失敗;

將這些資訊傳送至訊息佇列;

重新從訊息佇列中獲得該資料,重試操作。

備註說明:

上述的訂閱binlog程式在mysql中有現成的中介軟體叫canal,可以完成訂閱binlog日誌的功能。至於oracle中,筆者目前不清楚有沒有現成中介軟體可以使用。另外,重試機制,筆者採用的是訊息佇列的方式。如果對一致性要求不是很高,直接在程式中另起乙個執行緒,每隔一段時間去重試即可,這些大家可以靈活自由發揮,只是提供乙個思路。

資料不一致的原因:

請求a進行更新操作,請求b進行查詢操作

1. a進行寫操作,先刪除快取

2. b查詢發現快取不存在

3. b查詢資料庫,得到舊值

4. b將舊值寫入快取

5. a將新值寫入資料庫

上述情況就會導致不一致的情形出現。而且,如果不採用給快取設定過期時間策略,該資料永遠都是髒資料。

那麼,如何解決呢?採用延時雙刪策略。

如果你用了mysql的讀寫分離架構怎麼辦?

在這種情況下,造成資料不一致的原因如下,還是兩個請求,乙個請求a進行更新操作,另乙個請求b進行查詢操作。

兩個請求,乙個請求a進行更新操作,另乙個請求b進行查詢操作。

請求a進行寫操作,刪除快取;

請求a將資料寫入資料庫;

請求b查詢快取發現,快取沒有值;

請求b去從庫查詢,這時,還沒有完成主從同步,因此查詢到的是舊值;

請求b將舊值寫入快取;

資料庫完成主從同步,從庫變為新值。

上述情形,就是資料不一致的原因。還是使用雙刪延時策略。只是,睡眠時間修改為在主從同步的延時時間基礎上,加幾百ms。

採用這種同步淘汰策略,吞吐量降低怎麼辦?

那就將第二次刪除作為非同步的。自己起乙個執行緒,非同步刪除。這樣,寫的請求就不用沉睡一段時間再返回。這麼做,加大吞吐量。

第二次刪除,如果刪除失敗怎麼辦?

這是個非常好的問題,因為第二次刪除失敗,就會出現如下情形。還是有兩個請求,乙個請求a進行更新操作,另乙個請求b進行查詢操作,為了方便,假設是單庫:

請求a進行寫操作,先刪除快取;

請求b查詢發現快取不存在;

請求b去資料庫查詢得到舊值;

請求b將舊值寫入快取;

請求a將新值寫入資料庫;

請求a試圖去刪除請求b寫入對快取值,結果失敗了。

這也就是說,如果第二次刪除快取失敗,會再次出現快取和資料庫不一致的問題。參考策略二

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