数据缓存一致性方案

缓存一致性解决方案
本文探讨了数据缓存一致性的重要性,详细解析了缓存写一致性方案和缓存读一致性方案,包括业务处理层的操作步骤,旨在确保缓存系统的目标达成。

数据缓存一致性方案

内容要点

  • 背景介绍
  • 缓存系统目标
  • 缓存写一致性方案分析
  • 缓存读一致性方案分析
  • 总结
背景介绍
背景介绍:1.使用Redis缓存数据,MySQL为DB持久储存层。在DB中有一些关键性表的读请求量大,而更新不是很频繁(但是更新的内容都是关键性的)
2.MySQL底层暂时没有能力修改,所以不讨论在MSQYL层监听数据改动时触发缓存的同步更新;另外一个原因是,公司还有其它系统使用ES来持久层
3.
缓存系统目标
	对于使用端来说,必须保证从缓存中读取到的数据与DB层中的数据是一样的(特别是核心数据)。
	针对上述场景,必须要保证缓存数据的强一致性才行		
	那么总体上讲有两种实现方案可选择,
		第一种方案是在数据修改时候进行与缓存数据的同步即是缓存写一致性方案;
		第二方案是在读取的时候与DB层的数据进行同步即是缓存读一致性方案。
缓存写一致性方案
在修改数据时与缓存进行同步的基本方案大致为,如下图:

在这里插入图片描述

上述流程的梳理过程为(AB的先后顺序并不是只能A在前B在后,这里只一个例子):
A.修改业务数据的操作
B.再修改缓存的数据
C.其它操作

先讨论一下单线程情况下会出现哪些问题,能不能保证数据库中与缓存中的数据是一致的?
1.数据库更新成功并且事务提交成功,缓存更新成功,结果是一致性的
2.数据库更新失败则thr
### 关于缓存一致性的实现方案 在分布式系统中,缓存一致性是一个重要的挑战。为了确保数据一致性并减少性能损失,可以采用多种技术和策略。 #### 1. 使用缓存一致性协议 缓存一致性协议是解决分布式环境中数据不一致的关键工具之一。这些协议通过协调不同节点之间的状态更新来维护全局一致性[^1]。常见的缓存一致性协议包括: - **MSI 协议**:适用于多处理器环境中的缓存管理,定义了三种状态(Modified, Shared, Invalid),用于描述缓存在内存中的状态。 - **MESI 协议**:扩展自 MSI 协议,增加了 Exclusive 状态,进一步优化了读写操作的效率。 上述协议虽然主要用于硬件层面的缓存控制,但在软件层面上也可以借鉴其设计思路,应用于分布式缓存场景。 #### 2. 应用一致性哈希算法 一致性哈希算法是一种有效的技术手段,在分布式缓存系统中被广泛使用。该算法通过将键空间映射到一个环形结构上来实现负载均衡和高可用性[^2]。具体来说: - 它允许新加入或移除的节点只影响一小部分数据,而不会导致大规模的数据重分布。 - 虚拟节点机制进一步提升了系统的稳定性和可靠性,降低了单点故障的风险。 这种算法特别适合动态变化频繁的大规模集群环境。 #### 3. 权衡一致性级别 对于某些应用场景而言,并不需要严格的实时一致性。此时可以根据业务需求选择适当的一致性模型,比如最终一致性或者因果一致性[^4]。例如: - 如果对数据一致性要求较低,则可以直接采取简单的失效模式(Cache Aside Pattern),即先查询缓存;如果没有命中再访问数据库并将结果放入缓存中[^5]。 - 对于更高的一致性需求,可考虑引入双删机制或其他补偿措施以保障数据同步准确性。 需要注意的是,任何增强一致性的尝试都可能带来额外的时间延迟成本以及资源消耗。 #### 4. 双删方案与其他优化方法 针对特定情况下可能出现的异常状况(如网络分区),还可以实施一些专门的设计改进: - 当检测到潜在冲突时执行双重删除动作——既清除本地副本也通知远程实例做相应清理工作; - 利用版本号标记每条记录的历史变更轨迹以便后续验证真伪关系; - 借助消息队列异步传递修改事件给订阅者们知晓最新变动情况. 以上提到的各种办法各有优劣之处,实际部署过程中应当综合考量各方面因素做出合理取舍。 ```python def cache_update(key, value): # 更新数据库的同时刷新关联缓存项 db.update({key: value}) cache.set(key, value) def delete_with_double_check(key): # 执行两次确认式的删除流程 if cache.exists(key): cache.delete(key) db.delete(key) ```
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