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缓存最终一致性以及业务解耦

Author: Ezio Date: October 18, 2022  16:40:37 Category: Redis

为什么需要缓存

存储如 mysql 通常支持完整的 ACID 特性,因为可靠性,持久性等因素,性能普遍不高,高并发的查询会给 mysql 带来压力,造成数据库系统的不稳定,同时也容易产生延迟。根据局部性原理,80% 请求会落到 20% 的热点数据上,在读多写少场景,增加一层缓存有助提升系统吞吐量和健壮性。

引入缓存后所出现的问题

存储的数据随着时间可能会发生变化,而缓存中的数据就会不一致。具体能容忍的不一致时间,需要具体业务具体分析,但是通常的业务,都需要做到最终一致。

Redis 作为 Mysql 缓存

在我个人接触的开发中,通常会使用 mysql 作为数据存储,而 redis 作为缓存,加速和保护mysql。但是,当 mysql 数据更新之后,就需要考虑 redis 怎样去保持数据的同步。强一致性同步维护成本太高,如果追求强一致,那么没必要用缓存了,直接用 mysql 即可。通常考虑的,都是最终一致性。

常用解决方案

方案一(缓存过期时间控制)

通过设置缓存key的过期时间,mysql 更新时,redis 不同步更新,延时更新。这种方式实现简单,需要根据不同的业务需求设置合理的过期时间,但并不能完全规避问题,如果在设置的过期时间范围内数据发生了更新,则会在此期间产生很多长期的脏数据。

优点:

  • 开发成本低,易于实现;
  • 维护管理成本低,出问题的概率会比较小。

缺点:

  • 完全依赖过期时间,时间太短缓存频繁失效,失去意义,时间过长易有长时间更新延迟(数据不一致)

方案二(同步更新缓存)

在方案一的基础上扩展,通过设置缓存key的过期时间兜底,并且,在更新 mysql 时,同时更新 redis。

优点:

  • 相对方案一,更新延迟更小。

缺点:

  • 如果更新 mysql 成功,更新 redis 却失败,就退化到了方案一;
  • 增加耦合度,因同步更新 redis,造成业务与缓存代码的紧密耦合,如果因 redis 更新异常而导致正常业务不能进行则得不偿失。
  • 在高并发场景,业务 server 需要和 mysql,redis 同时进行连接。这样是损耗双倍的连接资源,容易造成连接数过多的问题。

方案三(异步更新缓存)

针对方案二进行优化,引入中间件,如消息队列,将同步更新 redis 的方式改为异步更新。将 redis 更新操作交给消息队列去完成,完成业务和缓存操作代码的解耦,由消息队列保证可靠性,再搭建一个消费服务,来异步更新 redis。

优点:

  • 引入消息队列中间件,实现了逻辑上的解耦;

  • 消息队列可以用一个句柄,很多消息队列客户端还支持本地缓存发送,有效解决了方案二连接数过多的问题;

  • 消息队列本身具有可靠性,通过手动提交等手段,可以至少一次消费到redis。

缺点:

  • 依旧解决不了时序性问题,如果多台业务服务器分别处理针对同一行数据的两条请求,举个栗子,a = 1;a = 5;,如果mysql中是第一条先执行,而进入kafka的顺序是第二条先执行,那么数据就会产生不一致。
  • 引入了消息队列中间件,增加了服务的复杂度,同时要增加服务来消费消息,成本较高。

方案四(订阅 binlog 来更新 redis)

通过订阅 binlog 来更新 redis,把我们搭建的消费服务,作为 mysql 的一个slave,订阅 binlog,解析出更新内容,再更新到 redis。

优点:

  • 在mysql压力不大情况下,延迟较低;
  • 和业务完全解耦;
  • 解决了时序性问题。

缺点:

  • 要单独搭建一个同步服务,并且引入binlog同步机制,成本较大。

总结

方案选型

  1. 首先确认产品上对延迟性的要求,如果要求极高,且数据有可能变化,不建议用缓存。
  2. 通常来说,方案1就够了,因为能用缓存方案,通常是读多写少场景,同时业务上对延迟具有一定的包容性。方案1没有开发成本,其实比较实用。
  3. 如果想增加更新时的即时性,就选择方案2,不过没必要做重试保证之类的。
  4. 方案3,方案4针对于对延时要求比较高业务,一个是推模式,一个是拉模式,而方案4具备更强的可靠性,既然都愿意花功夫做处理消息的逻辑,不如一步到位,用方案4。

小结

任何事物都存在多面性,缓存虽好但不是万能的,不能滥用。没有完美的方案,只有最适合的方案。不论在技术选型还是在架构设计上,都需要考虑实际业务场景和具体需求。那些看似高大上完美的方案,增加了项目的复杂度和维护难度的同时,也增加了开发难度和增大经费资源开销,并不是每个项目都适合。脱离实际纸上谈兵都是空谈。

Author: Ezio

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