技术派中的缓存一致性解决方案

2023-05-09 17:36:49 技术 缓存 解决方案 一致性

之前写过一篇《高频面试：如何保障 MySQL 和 Redis 的数据一致性？》，阅读量直奔 7K，但是里面只有理论，没有实战，今天就结合技术派项目，告诉大家如何去实现 MySQL 和 Redis 的一致性。

在讲解实战部分之前，我们还是先回顾一下理论知识，根据网上的众多解决方案，我们总结出 6 种：

你可以先想想，技术派会采用哪种方案呢？

理论知识

温馨提示：如果你对理论知识已经非常清楚，可以直接跳到文章的实战部分。

不好的方案

1. 先写 MySQL，再写 Redis

图解说明：

  • 这是一副时序图，描述请求的先后调用顺序；
  • 橘黄色的线是请求 A，黑色的线是请求 B；
  • 橘黄色的文字，是 MySQL 和 Redis 终不一致的数据；
  • 数据是从 10 更新为 11；
  • 后面所有的图，都是这个含义，不再赘述。

请求 A、B 都是先写 MySQL，然后再写 Redis，在高并发情况下，如果请求 A 在写 Redis 时卡了一会，请求 B 已经依次完成数据的更新，就会出现图中的问题。

这个图已经画的很清晰了，我就不用再去啰嗦了吧，不过这里有个前提，就是对于读请求，先去读 Redis，如果没有，再去读 DB，但是读请求不会再回写 Redis。 大白话说一下，就是读请求不会更新 Redis。

2. 先写 Redis，再写 MySQL

同“先写 MySQL，再写 Redis”，看图可秒懂。

3. 先删除 Redis，再写 MySQL

这幅图和上面有些不一样，前面的请求 A 和 B 都是更新请求，这里的请求 A 是更新请求，但是请求 B 是读请求，且请求 B 的读请求会回写 Redis。

请求 A 先删除缓存，可能因为卡顿，数据一直没有更新到 MySQL，导致两者数据不一致。

这种情况出现的概率比较大，因为请求 A 更新 MySQL 可能耗时会比较长，而请求 B 的前两步都是查询，会非常快。

好的方案

4. 先删除 Redis，再写 MySQL，再删除 Redis

对于“先删除 Redis，再写 MySQL”，如果要解决后的不一致问题，其实再对 Redis 重新删除即可，这个也是大家常说的“缓存双删”。

为了便于大家看图，对于蓝色的文字，“删除缓存 10”必须在“回写缓存10”后面，那如何才能保证一定是在后面呢？网上给出的个方案是，让请求 A 的后一次删除，等待 500ms。

对于这种方案，看看就行，反正我是不会用，太 Low 了，风险也不可控。

那有没有更好的方案呢，我建议异步串行化删除，即删除请求入队列

异步删除对线上业务无影响，串行化处理保障并发情况下正确删除。

如果双删失败怎么办，网上有给 Redis 加一个缓存过期时间的方案，这个不敢苟同。个人建议整个重试机制，可以借助消息队列的重试机制，也可以自己整个表，记录重试次数，方法很多。

简单小结一下：

  • “缓存双删”不要用无脑的 sleep 500 ms；
  • 通过消息队列的异步&串行，实现后一次缓存删除；
  • 缓存删除失败，增加重试机制。

5. 先写 MySQL，再删除 Redis

对于上面这种情况，对于次查询，请求 B 查询的数据是 10，但是 MySQL 的数据是 11，只存在这一次不一致的情况，对于不是强一致性要求的业务，可以容忍。（那什么情况下不能容忍呢，比如秒杀业务、库存服务等。）

当请求 B 进行第二次查询时，因为没有命中 Redis，会重新查一次 DB，然后再回写到 Reids。

这里需要满足 2 个条件：

  • 缓存刚好自动失效；
  • 请求 B 从数据库查出 10，回写缓存的耗时，比请求 A 写数据库，并且删除缓存的还长。

对于第二个条件，我们都知道更新 DB 肯定比查询耗时要长，所以出现这个情况的概率很小，同时满足上述条件的情况更小。

6. 先写 MySQL，通过 Binlog，异步更新 Redis

这种方案，主要是监听 MySQL 的 Binlog，然后通过异步的方式，将数据更新到 Redis，这种方案有个前提，查询的请求，不会回写 Redis。

这个方案，会保证 MySQL 和 Redis 的终一致性，但是如果中途请求 B 需要查询数据，如果缓存无数据，就直接查 DB；如果缓存有数据，查询的数据也会存在不一致的情况。

所以这个方案，是实现终一致性的终极解决方案，但是不能保证实时性。

几种方案比较

我们对比上面讨论的 6 种方案：

  1. 先写 Redis，再写 MySQL
  • 这种方案，我肯定不会用，万一 DB 挂了，你把数据写到缓存，DB 无数据，这个是灾难性的；
  • 我之前也见同学这么用过，如果写 DB 失败，对 Redis 进行逆操作，那如果逆操作失败呢，是不是还要搞个重试？
  1. 先写 MySQL，再写 Redis
  • 对于并发量、一致性要求不高的项目，很多就是这么用的，我之前也经常这么搞，但是不建议这么做；
  • 当 Redis 瞬间不可用的情况，需要报警出来，然后线下处理。
  1. 先删除 Redis，再写 MySQL
  • 这种方式，我还真没用过，直接忽略吧。
  1. 先删除 Redis，再写 MySQL，再删除 Redis
  • 这种方式虽然可行，但是感觉好复杂，还要搞个消息队列去异步删除 Redis。
  1. 先写 MySQL，再删除 Redis
  • 比较推荐这种方式，删除 Redis 如果失败，可以再多重试几次，否则报警出来；
  • 这个方案，是实时性中好的方案，在一些高并发场景中，推荐这种。
  1. 先写 MySQL，通过 Binlog，异步更新 Redis
  • 对于异地容灾、数据汇总等，建议会用这种方式，比如 binlog + kafka，数据的一致性也可以达到秒级；
  • 纯粹的高并发场景，不建议用这种方案，比如抢购、秒杀等。

个人结论：

  • 实时一致性方案：采用“先写 MySQL，再删除 Redis”的策略，这种情况虽然也会存在两者不一致，但是需要满足的条件有点苛刻，所以是满足实时性条件下，能尽量满足一致性的优解。
  • 终一致性方案：采用“先写 MySQL，通过 Binlog，异步更新 Redis”，可以通过 Binlog，结合消息队列异步更新 Redis，是终一致性的优解。

项目实战

数据更新

因为项目对实时性要求高，所以采用方案 5，先写 MySQL，再删除 Redis 的方式。

下面只是一个示例，我们将文章的标签放入 MySQL 之后，再删除 Redis，所有涉及到 DB 更新的操作都需要按照这种方式处理。

这里加了一个事务，如果 Redis 删除失败，MySQL 的更新操作也需要回滚，避免查询时读取到脏数据。

@Override
@Transactional(rollbackFor = Exception.class)
public void saveTag(TagReq tagReq) {
    TagDO tagDO = ArticleConverter.toDO(tagReq);

    // 先写 MySQL
    if (NumUtil.nullOrZero(tagReq.getTagId())) {
        tagDao.save(tagDO);
    } else {
        tagDO.setId(tagReq.getTagId());
        tagDao.updateById(tagDO);
    }

    // 再删除 Redis
    String redisKey = CACHE_TAG_PRE + tagDO.getId();
    RedisClient.del(redisKey);
}

@Override
@Transactional(rollbackFor = Exception.class)
public void deleteTag(Integer tagId) {
    TagDO tagDO = tagDao.getById(tagId);
    if (tagDO != null){
        // 先写 MySQL
        tagDao.removeById(tagId);

        // 再删除 Redis
        String redisKey = CACHE_TAG_PRE + tagDO.getId();
        RedisClient.del(redisKey);
    }
}

@Override
public void operateTag(Integer tagId, Integer pushStatus) {
    TagDO tagDO = tagDao.getById(tagId);
    if (tagDO != null){

        // 先写 MySQL
        tagDO.setStatus(pushStatus);
        tagDao.updateById(tagDO);

        // 再删除 Redis
        String redisKey = CACHE_TAG_PRE + tagDO.getId();
        RedisClient.del(redisKey);
    }
}

数据获取

这个也很简单，先查询缓存，如果有就直接返回；如果未查询到，需要先查询 DB ，再写入缓存。

我们放入缓存时，加了一个过期时间，用于兜底，万一两者不一致，缓存过期后，数据会重新更新到缓存。

@Override
public TagDTO getTagById(Long tagId) {

    String redisKey = CACHE_TAG_PRE + tagId;

    // 先查询缓存，如果有就直接返回
    String tagInfoStr = RedisClient.getStr(redisKey);
    if (tagInfoStr != null && !tagInfoStr.isEmpty()) {
        return JsonUtil.toObj(tagInfoStr, TagDTO.class);
    }

    // 如果未查询到，需要先查询 DB ，再写入缓存
    TagDTO tagDTO = tagDao.selectById(tagId);
    tagInfoStr = JsonUtil.toStr(tagDTO);
    RedisClient.setStrWithExpire(redisKey, tagInfoStr, CACHE_TAG_EXPRIE_TIME);

    return tagDTO;
}

测试用例 

/**
 * @author Louzai
 * @date 2023/5/5
 */
@Slf4j
public class MysqlRedisService extends BasicTest {

    @Autowired
    private TagSettingService tagSettingService;

    @Test
    public void save() {
        TagReq tagReq = new TagReq();
        tagReq.setTag("Java");
        tagReq.setTagId(1L);
        tagSettingService.saveTag(tagReq);
        log.info("save success:{}", tagReq);
    }

    @Test
    public void query() {
        TagDTO tagDTO = tagSettingService.getTagById(1L);
        log.info("query tagInfo:{}", tagDTO);
    }
}

我们看一下 Redis：

127.0.0.1:6379> get pai_cache_tag_pre_1
"{\"tagId\":1,\"tag\":\"Java\",\"status\":1,\"selected\":null}"

以及结果输出：

后记

这篇文章很基础，也非常适用，大家可以直接下载技术派项目，里面都有代码和测试用例，代码仓库详见：https://github.com/itwanger/paicoding

后面我会把 RabbitMQ、ES、Nacos、MongoDB 和 prometheus 都集成到技术派项目，不为其它的，存粹为了自娱自乐。

先预告一下，技术派项目的消息通知，目前是通过 Spring 中 ApplicationEvent 完成，下一篇文章将会改造成 RabbitMQ 的方式，敬请期待！

后，把楼仔的座右铭送给你：我从清晨走过，也拥抱夜晚的星辰，人生没有捷径，你我皆平凡，你好，陌生人，一起共勉。

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