如何保证缓存(Redis)与数据库(MySQL)的一致性
2023-12-15 21:58:14 9 举报AI智能生成
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如何保证缓存(Redis)与数据库(MySQL)的一致性
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大纲/内容
对于热点数据（经常被查询，但不经常被修改的数据），我们可以将其放入redis缓存中，以增加查询效率，但需要保证从redis中读取的数据与数据库中存储的数据最终是一致的。
说明
直接从缓存返回数据
Cache Hit
从数据库将数据读入缓存
Cache Miss
读（SELECT）
不存在缓存与数据库数据不一致
执行顺序：先更新缓存还是先更新数据库？
更新缓存策略：当缓存中的内容变化时，是选择修改缓存(Update)，还是直接淘汰缓存(Delete)？
写（DML）
先更新缓存，再更新数据库
先更新数据库，再更新缓存
先淘汰缓存，再更新数据库
先更新数据库，再淘汰缓存
四种方案
客户端对数据库中的数据主要有两类操作
前言
优点：操作简单，无论更新操作是否复杂，直接将缓存中的旧值淘汰
缺点：淘汰Cache后，下一次查询无法在Cache中查到，会有一次Cache Miss，这时需要重新读取数据库
淘汰Cache
优点：命中率高，直接更新缓存，不会有Cache Miss的情况
缺点：更新Cache消耗较大
更新Cache
线程A更新了缓存线程B更新了缓存线程B更新了数据库线程A更新了数据库
线程A更新了数据库 线程B更新了数据库 线程B更新了缓存 线程A更新了缓存
并发较大时
都会导致数据不一致，解决思路是“串行化”
淘汰Cache还是更新Cache？
结论：更新Cache的消耗更大，且很有可能造成数据的不一致，所以推荐直接淘汰Cache
再次查询缓存，最多会有一次Cache Miss
第一步淘汰缓存成功第二步更新数据库失败
数据库中是新数据，缓存中是旧数据，即数据不一致
第一步更新数据库成功第二步淘汰缓存失败
情景一：更新数据库与淘汰缓存需要先后执行，如果在执行过程中后一步执行失败，哪种方案对业务的影响最小？
都需要针对第二步做重试，无优劣之分
A线程进行写操作，先淘汰缓存，再更新数据库
B线程进行读操作，发现缓存中没有想要的数据，从数据库中读取更新后的新数据
正常情况
没有问题
A线程进行写操作，先成功淘汰缓存，但由于网络或其它原因，还未更新数据库或正在更新
此时是没有问题的，因为数据库中的数据还未完成更新，所以数据库与缓存此时存储的都是旧值，数据没有不一致
B线程进行读操作，发现缓存中没有想要的数据，从数据库中读取数据，但此时A线程还未完成更新操作，所以读取到的是旧数据，并且B线程将旧数据放入缓存。
此时是有问题的，数据库中是更新后的新数据，缓存中是更新前的旧数据，数据不一致。如果在缓存中没有对该值设置过期时间，旧数据将一直保存在缓存中，数据将一直不一致，直到之后再次对该值进行修改时才会在缓存中淘汰该值
在B线程将旧数据读入缓存后，A线程终于将数据更新完成
并发量较大的情况
保证对同一个数据的读写严格按照先后顺序串行化进行，避免并发较大的情况下，多个线程同时对同一数据进行操作时带来的数据不一致性。
串行化的思路
B线程进行读操作，从数据库中读入旧数据，共耗时N秒
B线程将旧数据读入缓存后，A线程将数据更新完成，此时数据不一致
A线程将数据库更新完成后，休眠M秒(M比N稍大即可)，然后再次淘汰缓存，此时缓存中即使有旧数据也会被淘汰，此时可以保证数据的一致性
延时双删+设置缓存的超时时间
用“异步淘汰”的策略，将休眠M秒以及二次淘汰放在另一个线程中，A线程在更新完数据库后，可以直接返回成功而不用等待。
A线程需要在更新数据库后，还要休眠M秒再次淘汰缓存，等所有操作都执行完，这一个更新操作才真正完成，降低了更新操作的吞吐量
用“重试机制”，即当二次淘汰失败后，报错并继续重试，直到执行成功
如果第二次缓存淘汰失败，则不一致依旧会存在
新问题
优化策略
会导致cache与数据库的数据一直或很长时间不一致
B线程进行读操作，发现缓存中没有想要的数据，从数据库中读取数据，但B线程只是从数据库中读取想要的数据，并不将这个数据放入缓存中，所以并不会导致缓存与数据库的不一致
A线程更新数据库后，通过订阅binlog来异步更新缓存
并发量较大的情况下，采用异步更新缓存的策略
数据库与缓存的内容将一直都是一致的
A线程进行写操作，更新数据库，淘汰缓存
B线程进行读操作，从数据库中读取新的数据
A线程进行写操作，更新数据库，还未淘汰缓存
B线程从缓存中可以读取到旧数据，此时数据不一致
A线程完成淘汰缓存操作
其它线程进行读操作，从数据库中读入最新数据，此时数据一致
情形1
数据不一致的时间很短，数据最终是一致的
A线程进行写操作，更新数据库，但更新较慢，缓存也未淘汰
B线程进行读操作，读取了缓存中的旧数据
情形2
数据库与缓存中都是旧数据，没有数据不一致
A线程进行读操作，缓存中没有相应的数据，将从数据库中读数据到缓存
B线程执行写操作，更新数据库，淘汰缓存
B线程写操作完成后，A线程才将数据库的数据读入缓存
情形3
没有问题，A线程读取的是B线程修改后的新数据
A线程还未读取数据库的数据
可以用“延迟双删”策略，在A线程读操作完成后再淘汰一次缓存
发生的概率极低，因为一般读操作要比写操作要更快
A线程读取的是旧数据，此时数据会不一致
A线程已读取数据库的数据，不过由于网络等问题数据还未传输到缓存
分2种情况
并发较大的情况
情景二：假设没有操作会执行失败，但执行前一个操作后无法立即完成下一个操作，在并发较大的情况下，可能会导致数据不一致。此时，哪种方案对业务的影响最小？
执行顺序问题：先淘汰缓存还是先更新数据库？数据库是单节点
正文
采用同步更新缓存的策略，可能会导致数据长时间不一致，如果用延迟双删来优化，还需要考虑究竟需要延时多长时间的问题——读的效率较高，但数据的一致性需要靠其它手段来保证
采用异步更新缓存的策略，不会导致数据不一致但在数据库更新完成之前，都需要到数据库层面去读取数据，读的效率不太好——保证了数据的一致性，适用于对一致性要求高的业务
先淘汰Cache，再更新数据库
无论是同步/异步更新缓存，都不会导致数据的最终不一致，在更新数据库期间，Cache中的旧数据会被读取，可能会有一段时间的数据不一致，但读的效率很好——保证了数据读取的效率，如果业务对一致性要求不是很高，这种方案最合适
先更新数据库，再淘汰Cache
单节点下两种方案对比
结语
如何保证缓存(Redis)与数据库(MySQL)的一致性
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