Redis缓存与数据库如何保证一致性?同步删除+延时双删+异步监听+多重保障方案

简介: 根据对一致性的要求程度,提出多种解决方案:同步删除、同步删除+可靠消息、延时双删、异步监听+可靠消息、多重保障方案

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目录

一、四种基础同步策略

1.1 同步策略

1.2 更新缓存还是删除缓存?

1.2.1 更新缓存的优缺点

1.2.2 删除缓存的优缺点(推荐)

1.3 先操作数据库还是先删除缓存?

1.3.1 先删除缓存再操作数据库的优缺点

1.3.2 先操作数据库再删除缓存的优缺点(推荐)

1.4 最优同步策略:先更新数据库、再删除缓存

二、同步删除+可靠消息方案

三、延时双删:更高一致性方案

四、异步监听+可靠消息删除方案

五、多重保障:最终强一致方案


一、四种基础同步策略

1.1 同步策略

保证缓存和数据库的双写一致性,共有四种同步策略,即先更新缓存再更新数据库、先更新数据库再更新缓存、先删除缓存再更新数据库、先更新数据库再删除缓存。

  • 先更新缓存再更新数据库:第二步失败缓存库是脏数据
  • 先更新数据库再更新缓存:第二步失败缓存库是旧数据
  • 先删除缓存再更新数据库:第二步失败缓存库是空数据
  • 先更新数据库、再删除缓存(推荐):第二步失败缓存库是旧数据

1.2 更新缓存还是删除缓存?

1.2.1 更新缓存的优缺点

更新缓存的优点是每次数据变化时都能及时地更新缓存,这样不容易出现查询未命中的情况,但这种操作的消耗很大,如果数据需要经过复杂的计算再写入缓存的话,频繁的更新缓存会影响到服务器的性能。如果是写入数据比较频繁的场景,可能会导致频繁的更新缓存却没有业务来读取该数据。

1.2.2 删除缓存的优缺点(推荐)

删除缓存的优点是操作简单,无论更新的操作复杂与否,都是直接删除缓存中的数据。这种做法的缺点则是,当删除了缓存之后,下一次容易出现未命中的情况,那么这时就需要再次读取数据库。

那么对比而言,删除缓存无疑是更好的选择

1.3 先操作数据库还是先删除缓存?

1.3.1 先删除缓存再操作数据库的优缺点

情况1:数据库和缓存内容不一致

线程1删除缓存后还没有来得及更新数据库时,线程2读缓存,由于缓存中的数据已经被线程1清空了所以线程2需要去数据库读数据,然后把读到的结果保存到缓存中。此时线程1更新更新数据库成功。就会出现数据库和缓存内容不一致。

情况2:缓存击穿,数据库卡死

线程1删除缓存后还没有来得及更新数据库时,来了大量的读请求,由于缓存中没有数据,导致缓存击穿直接将大量请求访问到数据库,导致数据库崩溃。

1.3.2 先操作数据库再删除缓存的优缺点(推荐)

脏数据问题:先操作数据库但删除缓存失败的话,导致缓存库里一直存留着旧数据,而我们数据库里存的是新数据。

解决办法:异步重试机制

出现上述问题的时候,我们一般采用重试机制解决,而为了避免重试机制影响主要业务的执行,一般建议重试机制采用异步的方式执行。当我们采用重试机制之后由于存在并发,先删除缓存依然可能存在缓存中存储了旧的数据,而数据库中存储了新的数据,二者数据不一致的情况。

1.4 最优同步策略:先更新数据库、再删除缓存

所以我们得到结论:先更新数据库、再删除缓存是影响更小的方案。如果第二步出现失败的情况,则可以采用重试机制解决问题。

同步删除方案: 先更新数据库、再删除缓存。适用于不强制要求数据一致性的情景

流程:先更新数据库、再删除缓存。

问题:

  • 并发时脏数据:在查询数据库到写缓存期间其他线程执行了一次更新删除,导致缓存的数据是旧数据
  • 缓存删除失败:删除失败导致缓存库还是旧数据

二、同步删除+可靠消息方案

同步删除+可靠消息删除: 适用于不强制要求数据一致性的情景

流程:先更新数据库、再删除缓存,如果删除失败就发可靠MQ不断重试删除缓存,直到删除成功或重试5次。

问题:MQ多次重试失败,导致长期脏数据。

三、延时双删:更高一致性方案

延时双删方案:比同步删除策略一致性更高的方案。

流程:先删除缓存再更新数据库,大约在数据库从库更新后再删一次。

问题:时间无法控制,不能保证在数据库从库更新后删除缓存。如果在从库更新前删除,用户再在更新前查从库又把脏数据写在缓存里了。

四、异步监听+可靠消息删除方案

异步监听+可靠消息删除:很多大厂正在使用的方案。

流程:

  1. 更新数据库后不做操作;
  2. Canal等组件监听binlog发现有更新时就发可靠MQ删除缓存;
  3. 如果删除缓存失败,就基于手动ack、retry等机制,让消息在有限次数之内不断重试。

image.gif

优点:

  • 异步删除,性能更高;
  • 可靠消息重试机制,多次删除保证删除成功。

问题:要求canal等binlog抓取组件高可用,如果canal故障,会导致长期脏数据。

五、多重保障:最终强一致方案

多重保障方案:同步删除+ 异步监听+可靠消息删除,缓存时设置过期时间,查询时强制主库查;适合于强制要求数据一致性的情况

  1. 同步删除:先更新数据库、再删除缓存;之后本链路禁止再查该数据,防止没来得及删缓存就又查到旧缓存数据。
  2. Canal监听:Canal等组件监听binlog发现有更新时就发可靠MQ删除缓存;第二重保证删缓存成功;
  3. 延迟消息校验一致性:Canal等组件监听binlog,发延迟MQ,N秒后校验缓存一致性;
  4. 缓存过期时间:每次缓存时设置过期时间;第三重保证删缓存成功;
  5. 强制Redis主库查:以后查缓存时强制从缓存主库查;因为主从同步有延迟,同时不用担心主库压力大,因为分片集群机制。
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