到底是先更新數(shù)據(jù)庫還是先更新緩存？

作者：冰河 2021-03-19 07:40:22

很多小伙伴最近都在問我，在系統(tǒng)中引入緩存后，當(dāng)向數(shù)據(jù)庫中寫入數(shù)據(jù)時(shí)，是先寫數(shù)據(jù)庫還是先寫緩存呢?先寫數(shù)據(jù)庫和先寫緩存有什么區(qū)別嗎?今天，我們就一起來聊聊這個(gè)話題。

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從本質(zhì)上講，無論是先寫數(shù)據(jù)庫還是先寫緩存，都是為了保證數(shù)據(jù)庫和緩存的數(shù)據(jù)一致，也就是我們常說的數(shù)據(jù)一致性。

隨著互聯(lián)網(wǎng)的高速發(fā)展，當(dāng)今時(shí)代已然從IT時(shí)代進(jìn)入到DT時(shí)代。互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)也已經(jīng)由最初的單體架構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榉植际?、微服?wù)架構(gòu)模式。從數(shù)據(jù)體量上來看，各系統(tǒng)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)量越來越大，數(shù)據(jù)的查詢性能越來越低。此時(shí)，就需要我們不斷的進(jìn)行優(yōu)化，一種常用的優(yōu)化手段就是引入緩存。而引入緩存后，我們?cè)谙驍?shù)據(jù)庫插入數(shù)據(jù)時(shí)，到底是先更新數(shù)據(jù)庫還是先更新緩存呢?

緩存的一般使用

緩存，從本質(zhì)上講，是為了更好的協(xié)調(diào)兩個(gè)速度差異比較大的組件而引入的一種中間緩存層。例如，如果需要將數(shù)據(jù)讀入CPU進(jìn)行計(jì)算處理，由于CPU的運(yùn)算速度是非?？斓模疟P的IO處理相比于CPU來說，慢了很多數(shù)量級(jí)，每次從磁盤讀取數(shù)據(jù)，勢(shì)必會(huì)造成CPU長(zhǎng)時(shí)間并且頻繁等待磁盤IO。此時(shí)，我們就可以通過內(nèi)存來緩和CPU和磁盤之間的速度差異。

從緩存的使用上來說，一般是按照如下的流程來使用緩存。

我們也可以表示成如下的序列圖。

在上面的使用示例中，我們只是簡(jiǎn)單的將數(shù)據(jù)放入了緩存，最多為緩存設(shè)置一個(gè)過期時(shí)間，到期后，緩存自然就會(huì)被清除，后續(xù)的請(qǐng)求由于在緩存中獲取不到數(shù)據(jù)，又會(huì)從數(shù)據(jù)庫中獲取數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)寫入緩存。

但是在后續(xù)更新數(shù)據(jù)的操作中，是更新完數(shù)據(jù)庫，接下來更新緩存還是刪除緩存?又或者是先刪除緩存，再更新數(shù)據(jù)庫?

緩存更新策略

從理論上來說，給緩存設(shè)置過期時(shí)間，其實(shí)是一種最終一致性的表現(xiàn)。這種方案下，可以對(duì)存入緩存的數(shù)據(jù)設(shè)置過期時(shí)間，所有的寫操作以數(shù)據(jù)庫為準(zhǔn)，對(duì)緩存操作只是盡最大努力即可。也就是說如果數(shù)據(jù)庫寫成功，緩存更新失敗，那么只要到達(dá)過期時(shí)間，則后面的讀請(qǐng)求自然會(huì)從數(shù)據(jù)庫中讀取新值然后回填緩存。這也是一般情況下，使用的最多的一種方式。

先更新數(shù)據(jù)庫再更新緩存

其實(shí)，這種方案很多有經(jīng)驗(yàn)的小伙伴是很反對(duì)的，為啥，我們來分析下。

首先，這種方案會(huì)有線程安全的問題。

例如，同時(shí)有線程A和線程B對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行更新操作，可能會(huì)出現(xiàn)下面的執(zhí)行順序。

(1) 線程A更新了數(shù)據(jù)庫

(2) 線程B更新了數(shù)據(jù)庫

(3) 線程B更新了緩存

(4) 線程A更新了緩存

此時(shí)就會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)與緩存的數(shù)據(jù)不一致的情況，這是因?yàn)榫€程A先更新了數(shù)據(jù)庫，可能因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)等異常情況，線程B更新完數(shù)據(jù)庫進(jìn)而更新了緩存，當(dāng)線程B更新完緩存后，線程A才更新緩存，這就導(dǎo)致了數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)與緩存數(shù)據(jù)的不一致。

其次，這種方案也有其不適用的業(yè)務(wù)場(chǎng)景。

首先一個(gè)業(yè)務(wù)場(chǎng)景就是數(shù)據(jù)庫寫多讀少的場(chǎng)景，這種場(chǎng)景下采用先更新數(shù)據(jù)庫再更新緩存的策略，就會(huì)導(dǎo)致緩存并未被讀取就會(huì)被頻繁的更新，極大的浪費(fèi)了服務(wù)器的性能。

再一個(gè)業(yè)務(wù)場(chǎng)景就是數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)不是直接寫入緩存的，而是需要大量的復(fù)雜運(yùn)算，將運(yùn)算結(jié)果寫入緩存。如果這種場(chǎng)景下使用先更新數(shù)據(jù)庫再更新緩存的策略，也會(huì)造成服務(wù)器資源的浪費(fèi)。

先刪除緩存再更新數(shù)據(jù)庫

先刪除緩存再更新數(shù)據(jù)庫的方案也存在著線程安全的問題，例如，線程A更新緩存，同時(shí)，線程B讀取緩存的數(shù)據(jù)?？赡軙?huì)出現(xiàn)下面的執(zhí)行順序。

(1) 線程A刪除緩存

(2) 線程B查詢緩存，發(fā)現(xiàn)緩存中沒有想要的數(shù)據(jù)

(3) 線程B查詢數(shù)據(jù)庫中的舊數(shù)據(jù)

(4) 線程B將查詢到的舊數(shù)據(jù)寫入緩存

(5) 線程A將新數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)庫

此時(shí)，就出現(xiàn)了數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)和緩存中的數(shù)據(jù)不一致的情況。如果刪除緩存失敗，也會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)和緩存數(shù)據(jù)不一致的現(xiàn)象。

先更新數(shù)據(jù)庫再刪除緩存

首先，這種方式也有極小的概率發(fā)生數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)和緩存數(shù)據(jù)不一致的情況，例如，線程A做查詢操作，線程B執(zhí)行更新操作，其執(zhí)行的順序如下所示。

(1)緩存剛好失效

(2)請(qǐng)求A查詢數(shù)據(jù)庫，獲取到數(shù)據(jù)庫中的舊值

(3)請(qǐng)求B將新值寫入數(shù)據(jù)庫

(4)請(qǐng)求B刪除緩存

(5)請(qǐng)求A將查到的舊值寫入緩存

如果上述順序一旦發(fā)生，就會(huì)造成數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)和緩存中的數(shù)據(jù)不一致的情況發(fā)生。

但是，先更新數(shù)據(jù)庫再刪除緩存的策略發(fā)生數(shù)據(jù)庫和緩存數(shù)據(jù)不一致的概率很低，原因就是：(3)的寫數(shù)據(jù)庫操作比步驟(2)的讀數(shù)據(jù)庫操作耗時(shí)更短，才有可能使得步驟(4)先于步驟(5)執(zhí)行。但是，往往數(shù)據(jù)庫的讀操作的速度遠(yuǎn)快于寫操作，因此步驟(3)耗時(shí)比步驟(2)更短，這一場(chǎng)景很難出現(xiàn)。

如果刪除緩存失敗，也會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)和緩存數(shù)據(jù)不一致的現(xiàn)象。

這樣說來，貌似三種方案都不安全呀，那我們?cè)撊绾巫瞿?最重要的就是需要引入重試機(jī)制。