Redis中如何保证数据库和缓存双写时的数据的一致性?

简单的场景:

　　直接使用

　　　　1.　使用Cache Aside pattern

　　　　读取的时候,先读取缓存中是否有数据,缓存中没有数据,再去数据库中进行查询,查询出来以后,然后再存入到缓存中

　　　　更新的时候,先删除缓存库,然后再更新数据库.

　　　　

为什么是先删除缓存,然后再更新数据库?

　　因为有可能存入到缓存中的是一个经过复杂运算的数值.

　　我更新数据库的时候,并不是每次都要将这个经过复杂运算的值取出来,所以使用一个lazy的加载思想,先删除缓存库,然后等我什么时候需要,什么时候再进行加载.

 

在高并发的情况下,出现数据库和缓存库双写不一致的问题?

　　1.最初级的数据库和缓存库双写不一致的问题

　　　　问题:先修改数据库,再修改缓存库(修改超时),如果删除缓存失败了,那么会导致数据库中是新数据,缓存中的旧数据,数据出现不一致的问题.

　　　　解决:先删除缓存,再修改数据库,如果缓存删除成功了,修改数据库失败了,那么数据库中依旧是旧数据,缓存中是空的.那么数据不会不一致.

　　2.问题:

　　　　　　　　数据发生了变更，先删除了缓存，然后要去修改数据库，此时还没修改

　　　　　　　　一个请求过来，去读缓存，发现缓存空了，去查询数据库，查到了修改前的旧数据，放到了缓存中

　　　　　　　　数据变更的程序完成了数据库的修改

　　　　　　　　完了，数据库和缓存中的数据不一样了。。。。

　　3.为什么上亿流量高并发场景下,缓存会出现这个问题?

　　　　只有在对一个数据在并发的进行读写的时候,才有可能出现这种问题.

　　　　其实如果说你的并发量很低的话,特别是读并发很低,每天访问量就1万次,那么很少的情况下,会出现刚才描述的那种不一致的场景.

　　　　但是问题是,如果每天的是上亿的流量的话,每秒并发读是几万,每秒只要有数据更新的请求,就可能出现上述的数据库+缓存不一致的情况.

解决办法:

　　

　　　　　　更新数据的时候,根据数据的唯一标识,将数据路由之后,发送到一个jvm内存的队列中.

　　　　　　读取数据的时候,如果发现数据不在缓存中,那么将重新读取数据+更新缓存的操作,根据唯一标识路由之后,也发送同一个jvm内部的队列中

　　　　　　一个队列对应一个工作线程

　　　　　　这样的话,一个数据变更的操作,先执行,删除缓存,然后再去更新数据库,但是还没有完成更新.

　　　　　　此时如果一个读请求过来,读到了空的缓存,那么可以先将缓存更新的请求发送到队列中,此时会在队列中积压,然后同步等待缓存更新完成.

　　　　　　这里有一个优点化,一个队列中,其实多个更新缓存请求串在一起是没意义的,因此可以做过滤,如果发现队列中已经有一个更新缓存的请求了,那么就不用再放个更新请求操作进去了,直接等

　　　　　　　　待前面的更新操作完成即可

　　　　　　待那个队列对应的工作线程完成了上一个操作的数据库的修改之后,才会去执行下一个操作,也就是缓存更新的操作.,此时会从数据库中读取最新的值,然后写入缓存中.

　　　　　　如果请求还在等待时间范围内,不断轮询发现可以取到值了,那么就直接返回,如果请求等待的时间超过了一定时长,那么这一次直接从数据库中读取当前的旧值.

　5.高并发的场景下，该解决方案要注意的问题

　　　　　　（1）读请求长时阻塞

　　　　　　由于读请求进行了非常轻度的异步化，所以一定要注意读超时的问题，每个读请求必须在超时时间范围内返回

　　　　　　该解决方案，最大的风险点在于说，可能数据更新很频繁，导致队列中积压了大量更新操作在里面，然后读请求会发生大量的超时，最后导致大量的请求直接走数据库

　　　　　　务必通过一些模拟真实的测试，看看更新数据的频繁是怎样的

　　　　　　另外一点，因为一个队列中，可能会积压针对多个数据项的更新操作，因此需要根据自己的业务情况进行测试，可能需要部署多个服务，每个服务分摊一些数据的更新操作

　　　　　　如果一个内存队列里居然会挤压100个商品的库存修改操作，每隔库存修改操作要耗费10ms区完成，那么最后一个商品的读请求，可能等待10 * 100 = 1000ms = 1s后，才能得到数据

　　　　　　这个时候就导致读请求的长时阻塞

　　　　　　一定要做根据实际业务系统的运行情况，去进行一些压力测试，和模拟线上环境，去看看最繁忙的时候，内存队列可能会挤压多少更新操作，可能会导致最后一个更新操作对应的读请求，会

　　　　　　hang多少时间，如果读请求在200ms返回，如果你计算过后，哪怕是最繁忙的时候，积压10个更新操作，最多等待200ms，那还可以的

　　　　　　如果一个内存队列可能积压的更新操作特别多，那么你就要加机器，让每个机器上部署的服务实例处理更少的数据，那么每个内存队列中积压的更新操作就会越少

　　　　　　其实根据之前的项目经验，一般来说数据的写频率是很低的，因此实际上正常来说，在队列中积压的更新操作应该是很少的

　　　　　　针对读高并发，读缓存架构的项目，一般写请求相对读来说，是非常非常少的，每秒的QPS能到几百就不错了

　　　　　　一秒，500的写操作，5份，每200ms，就100个写操作

　　　　　　单机器，20个内存队列，每个内存队列，可能就积压5个写操作，每个写操作性能测试后，一般在20ms左右就完成

　　　　　　那么针对每个内存队列中的数据的读请求，也就最多hang一会儿，200ms以内肯定能返回了

　　　　　　写QPS扩大10倍，但是经过刚才的测算，就知道，单机支撑写QPS几百没问题，那么就扩容机器，扩容10倍的机器，10台机器，每个机器20个队列，200个队列

　　　　　　大部分的情况下，应该是这样的，大量的读请求过来，都是直接走缓存取到数据的

　　　　　　少量情况下，可能遇到读跟数据更新冲突的情况，如上所述，那么此时更新操作如果先入队列，之后可能会瞬间来了对这个数据大量的读请求，但是因为做了去重的优化，所以也就一个更新

　　　　　　缓存的操作跟在它后面

　　　　　　等数据更新完了，读请求触发的缓存更新操作也完成，然后临时等待的读请求全部可以读到缓存中的数据

　　　　　　（2）读请求并发量过高

　　　　　　这里还必须做好压力测试，确保恰巧碰上上述情况的时候，还有一个风险，就是突然间大量读请求会在几十毫秒的延时hang在服务上，看服务能不能抗的住，需要多少机器才能抗住最大的极

　　　　　　限情况的峰值

　　　　　　但是因为并不是所有的数据都在同一时间更新，缓存也不会同一时间失效，所以每次可能也就是少数数据的缓存失效了，然后那些数据对应的读请求过来，并发量应该也不会特别大

　　　　　　按1:99的比例计算读和写的请求，每秒5万的读QPS，可能只有500次更新操作

　　　　　　如果一秒有500的写QPS，那么要测算好，可能写操作影响的数据有500条，这500条数据在缓存中失效后，可能导致多少读请求，发送读请求到库存服务来，要求更新缓存

　　　　　　一般来说，1:1，1:2，1:3，每秒钟有1000个读请求，会hang在库存服务上，每个读请求最多hang多少时间，200ms就会返回

　　　　　　在同一时间最多hang住的可能也就是单机200个读请求，同时hang住

　　　　　　单机hang200个读请求，还是ok的

　　　　　　1:20，每秒更新500条数据，这500秒数据对应的读请求，会有20 * 500 = 1万

　　　　　　1万个读请求全部hang在库存服务上，就死定了

　　　　（3）多服务实例部署的请求路由

　　　　　　可能这个服务部署了多个实例，那么必须保证说，执行数据更新操作，以及执行缓存更新操作的请求，都通过nginx服务器路由到相同的服务实例上

　　　　（4）热点商品的路由问题，导致请求的倾斜

　　　　　　万一某个商品的读写请求特别高，全部打到相同的机器的相同的队列里面去了，可能造成某台机器的压力过大

　　　　　　就是说，因为只有在商品数据更新的时候才会清空缓存，然后才会导致读写并发，所以更新频率不是太高的话，这个问题的影响并不是特别大

　　　　　但是的确可能某些机器的负载会高一些