一、什么是數(shù)據(jù)庫和緩存雙寫一致性？

在分布式系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)庫和緩存會搭配一起使用，以此來保證程序的整體查詢性能。也就說，分布式系統(tǒng)為了緩解數(shù)據(jù)庫查詢的壓力，會將查出來的數(shù)據(jù)保存在緩存中，下次再查詢時，直接走緩存系統(tǒng)，而不再查詢數(shù)據(jù)庫，這樣就極大的提高了整體的查詢性能。

1.1 為什么緩存比數(shù)據(jù)庫快？

緩存之所以比數(shù)據(jù)庫快的主要原因有以下 3 點(diǎn)：

• 內(nèi)存訪問速度快：緩存通常將數(shù)據(jù)存儲在內(nèi)存中，而數(shù)據(jù)庫將數(shù)據(jù)存儲在磁盤上。相比于磁盤訪問，內(nèi)存訪問速度更快，可以達(dá)到納秒級別的讀取速度，遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于數(shù)據(jù)庫的毫秒級別的讀取速度。

• IO 操作次數(shù)少：數(shù)據(jù)庫通常需要進(jìn)行磁盤 IO 操作，包括讀取和寫入磁盤數(shù)據(jù)。而緩存將數(shù)據(jù)存儲在內(nèi)存中，避免了磁盤 IO 的開銷。內(nèi)存訪問不需要進(jìn)行磁盤尋址和機(jī)械運(yùn)動，相對來說速度更快。

• 特殊的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：緩存的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)通常為 key-value 形式的，也就是說緩存可以做到任何數(shù)據(jù)量級下的查詢數(shù)據(jù)復(fù)雜度為 O(1)，所以它的查詢效率是非常高的；而數(shù)據(jù)庫采用的是傳統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計，可能需要查詢二叉樹、或全文搜索、或回表查詢等操作，所以其查詢性能是遠(yuǎn)低于緩存系統(tǒng)的。

1.2 緩存一致性問題

雖然緩存可以極大的提高查詢性能，但同時也帶來的新的問題：數(shù)據(jù)庫和緩存一致性的問題。

具體來說，在一個常見的應(yīng)用場景中，當(dāng)更新數(shù)據(jù)庫的操作完成后，需要同步更新緩存，以保證緩存中的數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)保持一致。然而，由于數(shù)據(jù)庫和緩存是兩個不同的組件，它們的數(shù)據(jù)更新操作是異步的，可能存在以下問題：

1. 數(shù)據(jù)延遲：數(shù)據(jù)庫更新和緩存更新之間存在時間延遲，導(dǎo)致緩存中的數(shù)據(jù)不是最新的。這可能會引起數(shù)據(jù)的不一致，當(dāng)其他請求讀取數(shù)據(jù)時，可能會讀取到舊的數(shù)據(jù)。

2. 更新失敗：在嘗試更新緩存時，可能出現(xiàn)更新失敗的情況。例如，緩存節(jié)點(diǎn)暫時不可用，網(wǎng)絡(luò)故障等。如果更新緩存失敗而未進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚?#xff0c;也會導(dǎo)致數(shù)據(jù)庫和緩存之間的數(shù)據(jù)不一致。

也就說，因為以上原因，可能會導(dǎo)致 A 用戶和 B 用戶執(zhí)行了同一個查詢操作，但是得到了完全不同的結(jié)果，這就是數(shù)據(jù)庫和緩存的一致性問題。

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二、如何解決雙寫一致性問題？

解決緩存和數(shù)據(jù)庫一致問題的常見解決方案有以下 4 種：

1. 先修改數(shù)據(jù)庫，后更新緩存。

2. 先更新緩存，后修改數(shù)據(jù)庫。

3. 先修改數(shù)據(jù)庫，后刪除緩存。

4. 先刪除緩存，后修改數(shù)據(jù)庫。

然而，前 3 種解決方案，有同一個問題，也就是當(dāng)?shù)谝徊讲僮鲌?zhí)行完之后，第二步未執(zhí)行的情況下，就會導(dǎo)致數(shù)據(jù)庫和緩存的一致性問題，例如第一步執(zhí)行完之后，系統(tǒng)掉電了，那么一致性問題就會一直存在。

相比之下，第 4 種解決方案（先刪除緩存，后修改數(shù)據(jù)庫）相比于前三種解決方案更有優(yōu)勢，起碼它保證了雙方都未執(zhí)行成功，那么從數(shù)據(jù)一致性層面來講，第 4 種方案起碼保證了一定的數(shù)據(jù)一致性，然而第 4 種執(zhí)行方案依然存在其他問題，例如以下這幾個：

1. 業(yè)務(wù)完整性問題：程序只執(zhí)行了一半，第一步執(zhí)行完了但第二步未執(zhí)行的情況。

2. 并發(fā)保存舊值的問題：在并發(fā)環(huán)境下，第四種方案可能會導(dǎo)致緩存保存舊值的情況，例如以下執(zhí)行情況：

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三、消息隊列 + 延遲雙刪策略

雙寫一致性問題的最終解決方案是：消息隊列 + 延遲雙刪策略。

3.1 為什么要使用消息隊列？

因為消息隊列里面有消息確認(rèn)機(jī)制，它可以保證我們執(zhí)行完第一步之后，即時掉電重啟的情況，依然可以執(zhí)行后續(xù)的流程，因為之前的消息，未進(jìn)行消息確認(rèn)，所以程序重啟之后，會繼續(xù)執(zhí)行后續(xù)的流程，這樣就保證了業(yè)務(wù)執(zhí)行的完整性。

3.2 什么是延遲雙刪？

延遲雙刪指的是刪除兩次緩存（并且最后一次是延遲刪除），具體執(zhí)行流程如下：

1. 刪除緩存

2. 更新數(shù)據(jù)庫

3. 延遲一會再刪除緩存

最后一次延遲刪除緩存的原因是，為了避免上面因為并發(fā)問題導(dǎo)致保存舊值的情況發(fā)生，所以會延遲一段時間之后再進(jìn)行刪除操作。這樣即使有并發(fā)問題，也能最大限度的解決保存舊值的情況，因為是延遲之后刪除的，所以即使因為并發(fā)問題保存了舊值，但延遲一段時間之后舊值就會被刪除，那么這樣就自然而然的保證了數(shù)據(jù)庫和緩存的最終一致性。

總結(jié)

數(shù)據(jù)庫和緩存雙寫一致性問題是一道經(jīng)典的面試題，最初解決方案是先更新數(shù)據(jù)庫、再刪除緩存，然而如果發(fā)生掉電情況，只執(zhí)行了前一步操作，那么緩存和數(shù)據(jù)庫就出現(xiàn)了不一致性的問題。為了解決這個問題，所以通常會采用延遲雙刪 + 消息隊列來保證業(yè)務(wù)的完整執(zhí)行和數(shù)據(jù)一致性問題。