redis如何保证缓存与数据库一致性

一、需求起因

假设先写数据库，再淘汰缓存：第一步写数据库操作成功，第二步淘汰缓存失败，则会出现DB中是新数据，Cache中是旧数据，数据不一致【如下图：db中是新数据，cache中是旧数据】。

假设先淘汰缓存，再写数据库：第一步淘汰缓存成功，第二步写数据库失败【如下图：cache中无数据，db中是旧数据】。即使写数据库失败，数据库中依然是旧值，当应用程序从缓存中取值时，发现没有，就会从数据库中查询，然后存放到缓存中并返回给用户。这时数据库与缓存中的数据是一致的。但是会导致另一个问题：数据库与缓存中的数据都是旧数据。

结论：先淘汰缓存，再写数据库，最后再将数据写入缓存。

二、数据不一致原因

先操作缓存，在写数据库成功之前，如果有读请求发生，可能导致旧数据入缓存，引发数据不一致。

写流程：

1）先淘汰cache

2）再写db

读流程：

1）先读cache，如果数据命中则返回

2）如果数据未命中则读db

3）将db中读取出来的数据入缓存

什么情况下可能出现缓存和数据库中数据不一致呢？

在分布式环境下，数据的读写都是并发的，上游有多个应用，通过一个服务的多个部署（为了保证可用性，一般是部署多份的），对同一个数据进行读写，在数据库层面并发的读写并不能保证完成顺序，也就是说后发出的读请求很可能先完成（读出脏数据）：

a）发生了写请求A，A的第一步淘汰了cache（如上图中的1）

b）A的第二步写数据库，发出修改请求（如上图中的2）

c）发生了读请求B，B的第一步读取cache，发现cache中是空的（如上图中的步骤3）

d）B的第二步读取数据库，发出读取请求，此时A的第二步写数据还没完成，读出了一个脏数据放入cache（如上图中的步骤4）

即在数据库层面，后发出的请求4比先发出的请求2先完成了，读出了脏数据，脏数据又入了缓存，缓存与数据库中的数据不一致出现了。

三、问题解决思路

能否做到先发出的请求一定先执行完成呢？常见的思路是“串行化” 

上图是一个service服务的上下游及服务内部详细展开，细节如下：

1）service的上游是多个业务应用，上游发起请求对同一个数据并发的进行读写操作，上例中并发进行了一个uid=1的余额修改（写）操作与uid=1的余额查询（读）操作

2）service的下游是数据库DB，假设只读写一个DB

3）中间是服务层service，它又分为了这么几个部分

3.1）最上层是任务队列

3.2）中间是工作线程，每个工作线程完成实际的工作任务，典型的工作任务是通过数据库连接池读写数据库

3.3）最下层是数据库连接池，所有的SQL语句都是通过数据库连接池发往数据库去执行的

工作线程的典型工作流是这样的：

void work_thread_routine(){
	Task t = TaskQueue.pop(); // 获取任务
	// 任务逻辑处理，生成sql语句
	DBConnection c = CPool.GetDBConnection(); // 从DB连接池获取一个DB连接
	c.execSQL(sql); // 通过DB连接执行sql语句
	CPool.PutDBConnection(c); // 将DB连接放回DB连接池
}

1、提问：任务队列其实已经做了任务串行化的工作，能否保证任务不并发执行？

答：不行，因为

（1）1个服务有多个工作线程，串行弹出的任务会被并行执行

（2）1个服务有多个数据库连接，每个工作线程获取不同的数据库连接会在DB层面并发执行

2、提问：假设服务只部署一份，能否保证任务不并发执行？ 答：不行，原因同上

3、提问：假设1个服务只有1条数据库连接，能否保证任务不并发执行？

答：不行，因为

（1）1个服务只有1条数据库连接，只能保证在一个服务器上的请求在数据库层面是串行执行的

（2）因为服务是分布式部署的，多个服务上的请求在数据库层面仍可能是并发执行的

4、提问：假设服务只部署一份，且1个服务只有1条连接，能否保证任务不并发执行？

答：可以，全局来看请求是串行执行的，吞吐量很低，并且服务无法保证可用性。

其实第4问也不能保证串行执行。因为在service服务中有多个工作线程，如果修改数据与读取数据分别由两个线程来完成，在修改数据的过程中，有两步工作要做：第一步是先把缓存中的数据清除，第二步是修改数据库中的数据。假设线程1执行修改数据的工作，在执行完第一步后，用完了CPU时间片，CPU开始运行线程2执行读取数据的工作，线程2先查询缓存，发现为空，就去查询数据库(注意：这时数据库中的数据还是旧数据)，然后更新到缓存并返回给用户。CPU又开始运行线程1继续执行第二步修改数据库中的数据，这时数据库中是新数据，而缓存中是旧数据，就会导致缓存与数据库中的数据不一致。

除非service服务中只有一个线程，或者修改数据的方法与读取数据的方法使用同一把锁（如果是集群服务，需要使用分布式锁），这样就可以使得修改数据的方法与读取数据的方法是串行执行，要么先修改数据后读取数据，要么先读取数据后修改数据。

结论：对于同一条数据的修改方法和读取方法加上同一把分布式锁(集群服务需要分布式锁)，在修改数据的方法中，先从缓存中清除掉该条数据，再将新数据写入数据库，其次将新数据写入缓存，最后释放锁。