首先,快取由於其高併發和高效能的特性,已經在專案中被廣泛使用。在讀取快取方面,大家沒啥疑問,都是按照下圖的流程來進行業務操作。
但是在更新快取方面,對於更新完資料庫,是更新快取呢,還是刪除快取呢?又或者是先刪除快取,再更新資料庫呢?其實大家存在很大的爭議。目前沒有一篇全面的部落格,對這幾種方案進行解析。
1、講解快取更新策略
2、對每種策略進行缺點分析
3、針對缺點給出改進方案
先做乙個說明,從理論上來說,給快取設定過期時間,是保證最終一致性的解決方案。這種方案下,我們可以對存入快取的資料設定過期時間,所有的寫操作以資料庫為準,對快取操作只是盡最大努力即可。也就是說如果資料庫寫成功,快取更新失敗,那麼只要到達過期時間,則後面的讀請求自然會從資料庫中讀取新值然後回填快取。
因此,接下來討論的思路不依賴於給快取設定過期時間這個方案。
在這裡,我們討論三種更新策略:
先更新資料庫,再更新快取
先刪除快取,再更新資料庫
先更新資料庫,再刪除快取
應該沒人問我,為什麼沒有先更新快取,再更新資料庫這種策略。
1、原因一:
從執行緒安全角度看,同時有請求a和請求b進行更新操作,那麼會出現:
(1)執行緒a更新了資料庫這就出現請求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,因此不考慮(2)執行緒b更新了資料庫
(3)執行緒b更新了快取
(4)執行緒a更新了快取
2、原因二:
從業務場景角度看,存在以下兩個問題:
(1)如果是乙個資料庫寫多讀少的業務場景求,採用這種方案就會導致,資料壓根還沒讀到,快取就被頻繁的更新,浪費效能。接下來討論的就是爭議最大的,先刪快取,再更新資料庫。還是先更新資料庫,再刪快取的問題。(2)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。
1、存在問題:
該方案會導致不一致的原因是:同時有乙個請求a進行更新操作,另乙個請求b進行查詢操作。那麼會出現如下情形:
(1)請求a進行寫操作,刪除快取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。(2)請求b查詢發現快取不存在
(3)請求b去資料庫查詢得到舊值
(4)請求b將舊值寫入快取
(5)請求a將新值寫入資料庫
2、解決方案:
採用延時雙刪策略:偽**如下
public void write(string key,object data){轉化為中文描述就是:redis.delkey(key);
db.updatedata(data);
thread.sleep(1000);
redis.delkey(key);
(1)先淘汰快取這麼做,可以將1秒內所造成的快取髒資料,再次刪除。那麼這個1秒怎麼確定的,具體該休眠多久呢?針對上面的情形,讀者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。(2)再寫資料庫(這兩步和原來一樣)
(3)休眠1秒,再次淘汰快取
3、如果是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。
(1)請求a進行寫操作,刪除快取上述情形,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。(2)請求a將資料寫入資料庫了,
(3)請求b查詢快取發現,快取沒有值
(4)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
(5)請求b將舊值寫入快取
(6)資料庫完成主從同步,從庫變為新值
4、採用延時雙刪除策略,吞吐量降低怎麼辦?
可以將另起乙個執行緒,非同步執行第二次刪除操作,這樣寫的請求就不用沉睡一段時間後再返回了,從而加大吞吐量。但是如果第二次刪除的時候,刪除失敗怎麼辦呢?
如果第二次刪除失敗,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:
(1)請求a進行寫操作,刪除快取也就是說,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。如何解決呢?具體解決方案,且看對第(3)種更新策略的解析。(2)請求b查詢發現快取不存在
(3)請求b去資料庫查詢得到舊值
(4)請求b將舊值寫入快取
(5)請求a將新值寫入資料庫
(6)請求a試圖去刪除請求b寫入對快取值,結果失敗了。
首先,先說一下。老外提出了乙個快取更新套路,名為《cache-aside pattern》。其中就指出:
另外,知名社交**facebook也在**《scaling memcache at facebook》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?並不是的。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:
(1)快取剛好失效如果發生上述情況,確實是會發生髒資料。然而,發生這種情況的概率又有多少呢?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)。但是資料庫的讀操作的速度一般是遠快於寫操作的,因此步驟(3)耗時比步驟(2)更短,這一情形很難出現。(2)請求a查詢資料庫,得乙個舊值
(3)請求b將新值寫入資料庫
(4)請求b刪除快取
(5)請求a將查到的舊值寫入快取
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?首先,給快取設有效時間是一種方案。其次,採用策略(2)裡給出的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。
還有其他造成不一致的原因麼?有的,這也是快取更新策略(2)和快取更新策略(3)都存在的乙個問題,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(2)裡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:
流程如下所示:
(1)更新資料庫資料;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。(2)快取因為種種問題刪除失敗
(3)將需要刪除的key傳送至訊息佇列
(4)自己消費訊息,獲得需要刪除的key
(5)繼續重試刪除操作,直到成功
方案二:
流程如下圖所示:
(1)更新資料庫資料備註說明: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。另外,重試機制,博主是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。(2)資料庫會將操作資訊寫入binlog日誌當中
(3)訂閱程式提取出所需要的資料以及key
(4)另起一段非業務**,獲得該資訊
(5)嘗試刪除快取操作,發現刪除失敗
(6)將這些資訊傳送至訊息佇列
(7)重新從訊息佇列中獲得該資料,重試操作。
本文其實是對目前網際網路中已有的一致性方案,進行了乙個總結。對於先刪快取,再更新資料庫的更新策略,還有方案提出維護乙個記憶體佇列的方式,博主看了一下,覺得實現異常複雜,沒有必要,因此沒有必要在文中給出。最後,希望大家有所收穫。
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