缓存(2):数据一致性

发布于:2025-05-09 ⋅ 阅读:(7) ⋅ 点赞:(0)

概述

一致性就是数据保持一致,在分布式系统中,可以理解为多个节点中数据的值是一致的

  • 强一致性:这种一致性级别是最符合用户直觉的,它要求系统写入什么,读出来的也会是什么用户体验好,但实现起来往往对系统的性能影响大
  • 弱一致性:这种一致性级别约束了系统在写入成功后,不承诺立即可以读到写入的值也不承诺多久之后数据能够达到一致,但会尽可能地保证到某个时间级别(比如秒级别)后,数据能够达到一致状态
  • 最终一致性:最终一致性是弱一致性的一个特例,系统会保证在一定时间内,能够达到一个数据一致的状态。这里之所以将最终一致性单独提出来,是因为它是弱一致性中非常推崇的一种一致性模型,也是业界在大型分布式系统的数据一致性上比较推崇的模型

缓存可以提升性能、缓解数据库压力,但是使用缓存也会导致数据不一致性的问题。

三种经典的缓存模式

三种经典的缓存模式

  • Cache-Aside Pattern:旁路缓存模式
  • Read-Through/Write through:读写穿透
  • Write behind:异步缓存写入

Cache-Aside Pattern(旁路缓存模式)

Cache-Aside Pattern,即旁路缓存模式,它的提出是为了尽可能地解决缓存与数据库的数据不一致问题

读请求流程如下:

  • 读的时候,先读缓存,缓存命中的话,直接返回数据;
  • 缓存没有命中的话,就去读数据库从数据库取出数据,放入缓存后,同时返回响应
    在这里插入图片描述

写请求流程如下:

  • 更新的时候,先更新数据库,然后再删除缓存
    在这里插入图片描述

问题

为什么这是直接删除缓存?

如果是更新的话,会有下述几个缺点

  • 会出现数据不一致问题,假设:
    • 线程A先发起一个写操作,第一步先更新数据库;
    • 线程B再发起一个写操作,第二步更新了数据库
    • 由于网络等原因,线程B先更新了缓存, 线程A更新缓存
    • 这时候,缓存保存的是A的数据(老数据),数据库保存的是B的数据(新数据),数据不一致了,脏数据出现
    • 这时候,如果是删除缓存取代更新缓存则不会出现这个脏数据问题
  • 如果你写入的缓存值,是经过复杂计算才得到的话。 更新缓存频率高的话,就浪费性能
  • 写多读少的情况下,数据很多时候还没被读取到,又被更新了,这也浪费了性能

但是如果是更新缓存的话,在读多写少的场景,价值大

为什么先操作数据库后操作缓存

假设有A、B两个请求,请求A做更新操作,请求B做查询读取操作。

如果是先操作缓存的话,A、B两个请求的操作流程如下:

  1. 线程A发起一个写操作,第一步del cache
  2. 此时线程B发起一个读操作,cache miss
  3. 线程B继续读DB,读出来一个老数据
  4. 然后线程B把老数据设置入cache
  5. 线程A写入DB最新的数据

如果是先操作缓存的话便会出现:缓存保存的是老数据,数据库保存的是新数据

因此,Cache-Aside缓存模式,选择了先操作数据库而不是先操作缓存。

数据不一致情况

情况的核心是
线程1:DB写操作和删除缓存在事务中,删除缓存后,事务还未提交。
线程2:缓存已经删除,从DB读后,写入缓存。
由于线程1的事务未提交,线程2读取并放入缓存的的还是旧数据,导致数据最终不一致

但,这个case理论上会出现,不过,实际上出现的概率可能非常低,因为这个条件需要发生在读缓存时缓存失效,而且并发着有一个写操作

实际上数据库的写操作会比读操作慢得多,而且还要锁表,而读操作必需在写操作前进入数据库操作,而又要晚于写操作更新缓存,所有的这些条件都具备的概率基本并不大
所以,要么通过2PC或是Paxos协议保证一致性要么就是拼命的降低并发时脏数据的概率
而Facebook使用了这个降低概率的玩法,因为2PC太慢,而Paxos太复杂

当然,最好还是为缓存设置上过期时间。

解决方案: 删除缓存,做2次删除

  1. 直接删除;
  2. 注册事务回调,事务结束(提交或回滚)后再次删除

Read-Through/Write through(读写穿透)

Read/Write Through模式中,服务端把缓存作为主要数据存储应用程序跟数据库缓存交互,都是通过抽象缓存层完成的

  • 可以理解为,应用认为后端就是一个单一的存储,而存储自己维护自己的Cache

Read-Through实际只是在Cache-Aside之上进行了一层封装,它会让程序代码变得更简洁,同时也减少数据源上的负载。
Read-Through读流程如下

  • 从缓存读取数据,读到直接返回
  • 如果读取不到的话,从数据库加载,写入缓存后,再返回响应

流程如下所示


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