cache和db不一致的问题

起因

假设先写数据库,再淘汰缓存:第一步写数据库操作成功,第二步淘汰缓存失败,则会出现DB中是新数据,Cache中是旧数据,数据不一致【如下图:db中是新数据,cache中是旧数据】。

假设先淘汰缓存,再写数据库:第一步淘汰缓存成功,第二步写数据库失败【如下图:cache中无数据,db中是旧数据】。

结论:先淘汰缓存,再写数据库。

数据不一致原因

先操作缓存,在写数据库成功之前,如果有读请求发生,可能导致旧数据入缓存,引发数据不一致。

写流程:
(1) 先淘汰cache
(2) 再写db

读流程:
(1) 先读cache,如果数据命中hit则返回
(2) 如果数据未命中miss则读db
(3) 将db中读取出来的数据入缓存

什么情况下可能出现缓存和数据库中数据不一致呢?

在分布式环境下,数据的读写都是并发的,上游有多个应用,通过一个服务的多个部署(为了保证可用性,一定是部署多份的),对同一个数据进行读写,在数据库层面并发的读写并不能保证完成顺序,也就是说后发出的读请求很可能先完成(读出脏数据):

(a) 发生了写请求A,A的第一步淘汰了cache(如上图中的1)
(b) A的第二步写数据库,发出修改请求(如上图中的2)
(c) 发生了读请求B,B的第一步读取cache,发现cache中是空的(如上图中的步骤3)
(d) B的第二步读取数据库,发出读取请求,此时A的第二步写数据还没完成,读出了一个脏数据放入cache(如上图中的步骤4)

即在数据库层面,后发出的请求4比先发出的请求2先完成了,读出了脏数据,脏数据又入了缓存,缓存与数据库中的数据不一致出现了

问题解决思路

能否做到先发出的请求一定先执行完成呢?常见的思路是“串行化”

上图是一个service服务的上下游及服务内部详细展开,细节如下:
(1) service的上游是多个业务应用,上游发起请求对同一个数据并发的进行读写操作,上例中并发进行了一个uid=1的余额修改(写)操作与uid=1的余额查询(读)操作
(2) service的下游是数据库DB,假设只读写一个DB
(3) 中间是服务层service,它又分为了这么几个部分
(3.1)最上层是任务队列
(3.2)中间是工作线程,每个工作线程完成实际的工作任务,典型的工作任务是通过数据库连接池读写数据库
(3.3)最下层是数据库连接池,所有的SQL语句都是通过数据库连接池发往数据库去执行的

工作线程的典型工作流是这样的:

void work_thread_routine(){
Task t = TaskQueue.pop(); // 获取任务
// 任务逻辑处理,生成sql语句
DBConnection c = CPool.GetDBConnection(); // 从DB连接池获取一个DB连接
c.execSQL(sql); // 通过DB连接执行sql语句
CPool.PutDBConnection(c); // 将DB连接放回DB连接池
}

如何串行化

1)任务队列不能保证串行化
2)单服务多数据库连接不能保证串行化
3)多服务单数据库连接不能保证串行化
4)单服务单数据库连接可能保证串行化,但吞吐量级低,且不能保证服务的可用性,几乎不可行

其实不需要让全局的请求串行化,而只需要“让同一个数据的访问能串行化”就行。
在一个服务内,如何做到“让同一个数据的访问串行化”,只需要“让同一个数据的访问通过同一条DB连接执行”就行。
如何做到“让同一个数据的访问通过同一条DB连接执行”,只需要“在DB连接池层面稍微修改,按数据取连接即可”
获取DB连接的CPool.GetDBConnection()【返回任何一个可用DB连接】改为
CPool.GetDBConnection(longid)【返回id取模相关联的DB连接】

这个修改的好处是:
(1)简单,只需要修改DB连接池实现,以及DB连接获取处
(2)连接池的修改不需要关注业务,传入的id是什么含义连接池不关注,直接按照id取模返回DB连接即可
(3)可以适用多种业务场景,取用户数据业务传入user-id取连接,取订单数据业务传入order-id取连接即可
这样的话,就能够保证同一个数据例如uid在数据库层面的执行一定是串行的

服务可是部署了很多份的,上述方案只能保证同一个数据在一个服务上的访问,在DB层面的执行是串行化的,实际上服务是分布式部署的,在全局范围内的访问仍是并行的,怎么解决呢?能不能做到同一个数据的访问一定落到同一个服务呢?

能否做到同一个数据的访问落在同一个服务上?

(1)业务应用的上游不确定是啥,可能是直接是http请求,可能也是一个服务的上游调用
(2)业务应用的下游是多个服务service
(3)中间是业务应用,它又分为了这么几个部分
(3.1)最上层是任务队列【或许web-server例如tomcat帮你干了这个事情了】
(3.2)中间是工作线程【或许web-server的工作线程或者cgi工作线程帮你干了线程分派这个事情了】,每个工作线程完成实际的业务任务,典型的工作任务是通过服务连接池进行RPC调用
(3.3)最下层是服务连接池,所有的RPC调用都是通过服务连接池往下游服务去发包执行的

工作线程的典型工作流是这样的:

void work_thread_routine(){
Task t = TaskQueue.pop(); // 获取任务
// 任务逻辑处理,组成一个网络包packet,调用下游RPC接口
ServiceConnection c = CPool.GetServiceConnection(); // 从Service连接池获取一个Service连接
c.Send(packet); // 通过Service连接发送报文执行RPC请求
CPool.PutServiceConnection(c); // 将Service连接放回Service连接池
}

由于数据库层面的读写并发,引发的数据库与缓存数据不一致的问题(本质是后发生的读请求先返回了),可能通过两个小的改动解决:
(1)修改服务Service连接池,id取模选取服务连接,能够保证同一个数据的读写都落在同一个后端服务上
(2)修改数据库DB连接池,id取模选取DB连接,能够保证同一个数据的读写在数据库层面是串行的

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