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高并发场景下，到底先更新缓存还是先更新数据库？
2021-03-16
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Java极客技术
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实战技巧
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本文共 416个字，预计阅读需要 2分钟。
在大型系统中，为了减少数据库压力通常会引入缓存机制，一旦引入缓存又很容易造成缓存和数据库数据不一致，导致用户看到的是旧数据。 为了减少数据不一致的情况，更新缓存和数据库的机制显得尤为重要，接下来带领大家踩踩坑。  ### Cache aside `Cache aside`也就是`旁路缓存`，是比较常用的缓存策略。 **（1）`读请求`常见流程**  Cache aside 读请求 应用首先会判断缓存是否有该数据，缓存命中直接返回数据，缓存未命中即缓存穿透到数据库，从数据库查询数据然后回写到缓存中，最后返回数据给客户端。 **（2）`写请求`常见流程**  Cache aside 写请求 首先更新数据库，然后从缓存中删除该数据。 看了写请求的图之后，有些同学可能要问了：为什么要删除缓存，直接更新不就行了？这里涉及到几个坑，我们一步一步踩下去。 ### Cache aside踩坑 Cache aside策略如果用错就会遇到深坑，下面我们来逐个踩。 **踩坑一：先更新数据库，再更新缓存** 如果同时有两个`写请求`需要更新数据，每个写请求都先更新数据库再更新缓存，在并发场景可能会出现数据不一致的情况。  先更新数据库，再更新缓存 如上图的执行过程： （1）`写请求1`更新数据库，将 age 字段更新为18； （2）`写请求2`更新数据库，将 age 字段更新为20； （3）`写请求2`更新缓存，缓存 age 设置为20； （4）`写请求1`更新缓存，缓存 age 设置为18； 执行完预期结果是数据库 age 为20，缓存 age 为20，结果缓存 age为18，这就造成了缓存数据不是最新的，出现了脏数据。 **踩坑二：先删缓存，再更新数据库** 如果`写请求`的处理流程是`先删缓存再更新数据库`，在一个`读请求`和一个`写请求`并发场景下可能会出现数据不一致情况。  先删缓存，再更新数据库 如上图的执行过程： （1）`写请求`删除缓存数据； （2）`读请求`查询缓存未击中(Hit Miss)，紧接着查询数据库，将返回的数据回写到缓存中； （3）`写请求`更新数据库。 整个流程下来发现`数据库`中age为20，`缓存`中age为18，缓存和数据库数据不一致，缓存出现了脏数据。 **踩坑三：先更新数据库，再删除缓存** 在实际的系统中针对`写请求`还是推荐`先更新数据库再删除缓存`，但是在理论上还是存在问题，以下面这个例子说明。  先更新数据库，再删除缓存 如上图的执行过程： （1）`读请求`先查询缓存，缓存未击中，查询数据库返回数据； （2）`写请求`更新数据库，删除缓存； （3）`读请求`回写缓存； 整个流程操作下来发现`数据库age为20`，`缓存age为18`，即数据库与缓存不一致，导致应用程序从缓存中读到的数据都为旧数据。 但我们仔细想一下，上述问题发生的概率其实非常低，因为通常数据库更新操作比内存操作耗时多出几个数量级，上图中最后一步回写缓存（set age 18）速度非常快，通常会在更新数据库之前完成。 如果这种极端场景出现了怎么办？我们得想一个兜底的办法：`缓存数据设置过期时间`。通常在系统中是可以允许少量的数据短时间不一致的场景出现。 ### Read through 在 Cache Aside 更新模式中，应用代码需要维护两个数据源头：一个是缓存，一个是数据库。而在 `Read-Through` 策略下，应用程序无需管理缓存和数据库，只需要将数据库的同步委托给缓存提供程序 `Cache Provider` 即可。所有数据交互都是通过`抽象缓存层`完成的。  Read-Through流程 如上图，应用程序只需要与`Cache Provider`交互，不用关心是从缓存取还是数据库。 在进行大量读取时，`Read-Through` 可以减少数据源上的负载，也对缓存服务的故障具备一定的弹性。如果缓存服务挂了，则缓存提供程序仍然可以通过直接转到数据源来进行操作。 `Read-Through 适用于多次请求相同数据的场景`，这与 Cache-Aside 策略非常相似，但是二者还是存在一些差别，这里再次强调一下： - 在 Cache-Aside 中，应用程序负责从数据源中获取数据并更新到缓存。 - 在 Read-Through 中，此逻辑通常是由独立的缓存提供程序（Cache Provider）支持。 ### Write through `Write-Through` 策略下，当发生数据更新(Write)时，缓存提供程序 `Cache Provider` 负责更新底层数据源和缓存。 缓存与数据源保持一致，并且写入时始终通过`抽象缓存层`到达数据源。 `Cache Provider`类似一个代理的作用。  Write-Through流程 ### Write behind `Write behind`在一些地方也被成为`Write back`， 简单理解就是：应用程序更新数据时只更新缓存，`Cache Provider`每隔一段时间将数据刷新到数据库中。说白了就是`延迟写入`。  Write behind流程 如上图，应用程序更新两个数据，Cache Provider 会立即写入缓存中，但是隔一段时间才会批量写入数据库中。 这种方式有优点也有缺点： - `优点`是数据写入速度非常快，适用于频繁写的场景。 - `缺点`是缓存和数据库不是强一致性，对一致性要求高的系统慎用。 ### 总结一下 学了这么多，相信大家对缓存更新的策略都已经有了清晰的认识。最后稍稍总结一下。 缓存更新的策略主要分为三种： - Cache aside - Read/Write through - Write behind Cache aside 通常会先更新数据库，然后再删除缓存，为了兜底通常还会将数据设置缓存时间。 Read/Write through 一般是由一个 Cache Provider 对外提供读写操作，应用程序不用感知操作的是缓存还是数据库。 Write behind简单理解就是延迟写入，Cache Provider 每隔一段时间会批量输入数据库，优点是应用程序写入速度非常快。