DDBS 分布式DB与Cache一致性

上一节的文章,我们是基于单一业务(请求)来讨论的,也就是一个串行的结果。实际上,业务可能不只一个,在主从同步,读写分离的数据库架构下,有可能出现脏数据入缓存的情况,此时串行化方案不再适用了。

为什么数据会不一致

单库情况下,服务层的并发读写,缓存与数据库的操作交叉进行:


虽然只有一个DB,在上述诡异异常时序下,也可能脏数据入缓存:
1)请求A发起一个写操作,第一步淘汰了cache,然后这个请求因为各种原因在服务层卡住了(进行大量的业务逻辑计算,例如计算了1秒钟),如上图步骤1
2)请求B发起一个读操作,读cache,cache miss,如上图步骤2
3)请求B继续读DB,读出来一个脏数据,然后脏数据入cache,如上图步骤3
4)请求A卡了很久后终于写数据库了,写入了最新的数据,如上图步骤4
这种情况虽然少见,但理论上是存在的, 后发起的请求B在先发起的请求A中间完成了。

在数据库架构做了一主多从,读写分离时,更多的脏数据入缓存是下面这种情况:


1)请求A发起一个写操作,第一步淘汰了cache,如上图步骤1
2)请求A写数据库了,写入了最新的数据,如上图步骤2
3)请求B发起一个读操作,读cache,cache miss,如上图步骤3
4)请求B继续读DB,读的是从库,此时主从同步还没有完成,读出来一个脏数据,然后脏数据入cache,如上图步4
5)最后数据库的主从同步完成了,如上图步骤5

这种情况请求A和请求B的时序是完全没有问题的,是主动同步的时延(假设延时1秒钟)中间有读请求读从库读到脏数据导致的不一致。

不一致优化思路

出现不一致的根本原因:
(1)单库情况下,服务层在进行1s的逻辑计算过程中,可能读到旧数据入缓存
(2)主从库+读写分离情况下,在1s钟主从同步延时过程中,可能读到旧数据入缓存

既然旧数据就是在那1s的间隙中入缓存的,是不是可以在写请求完成后,再休眠1s,再次淘汰缓存,就能将这1s内写入的脏数据再次淘汰掉呢?

答案是可以的。

写请求的步骤由2步升级为3步:
(1)先淘汰缓存
(2)再写数据库(这两步和原来一样)
(3)休眠1秒,再次淘汰缓存
这样的话,1秒内有脏数据如缓存,也会被再次淘汰掉,但带来的问题是:
所有的写请求都阻塞了1秒,大大降低了写请求的吞吐量,增长了处理时间,业务上是接受不了的。

这里的1秒是为了方便理解,实际上需要根据业务的数据量与并发量,观察主从同步的时延来设定这个值。例如主从同步的时延为200ms,这个异步淘汰cache设置为258ms就是OK的。



再次分析,其实第二次淘汰缓存是“为了保证缓存一致”而做的操作,而不是“业务要求”,所以其实无需等待,用一个异步的timer,或者利用消息总线异步的来做这个事情即可:

写请求由2步升级为2.5步:
(1)先淘汰缓存
(2)再写数据库(这两步和原来一样)
(2.5)不再休眠1s,而是往消息总线esb发送一个消息,发送完成之后马上就能返回

这样的话,写请求的处理时间几乎没有增加,这个方法淘汰了缓存两次,因此被称为“缓存双淘汰”法。这个方法付出的代价是,缓存会增加1次cache miss(代价几乎可以忽略)。

而在下游,有一个异步淘汰缓存的消费者,在接收到消息之后,asy-expire在1s之后淘汰缓存。这样,即使1s内有脏数据入缓存,也有机会再次被淘汰掉。

上述方案有一个缺点,需要业务线的写操作增加一个步骤,有没有方案对业务线的代码没有任何入侵呢?
通过分析线下的binlog来异步淘汰缓存


业务线的代码就不需要动了,新增一个线下的读binlog的异步淘汰模块,读取到binlog中的数据,异步的淘汰缓存。

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