本文主要討論這麼幾個問題：

（1）啥時候資料庫和快取中的資料會不一致

（2）不一致優化思路

（3）如何保證資料庫與快取的一致性

一、需求緣起

上一篇《快取架構設計細節二三事》（點選檢視）引起了廣泛的討論，其中有一個結論：當資料發生變化時，“先淘汰快取，再修改資料庫”這個點是大家討論的最多的。

上篇文章得出這個結論的依據是，由於操作快取與操作資料庫不是原子的，非常有可能出現執行失敗。

假設先寫資料庫，再淘汰快取：第一步寫資料庫操作成功，第二步淘汰快取失敗，則會出現DB中是新資料，Cache中是舊資料，資料不一致【如上圖：db中是新資料，cache中是舊資料】。

假設先淘汰快取，再寫資料庫：第一步淘汰快取成功，第二步寫資料庫失敗，則只會引發一次

結論：先淘汰快取，再寫資料庫。

引發大家熱烈討論的點是“先操作快取，在寫資料庫成功之前，如果有讀請求發生，可能導致舊資料入快取，引發資料不一致”，這就是本文要討論的主題。

二、為什麼資料會不一致

回顧一下上一篇文章中對快取、資料庫進行讀寫操作的流程。

寫流程：

（1）先淘汰cache

（2）再寫db

讀流程：

（1）先讀cache，如果資料命中hit則返回

（2）如果資料未命中miss則讀db

（3）將db中讀取出來的資料入快取

什麼情況下可能出現快取和資料庫中資料不一致呢？

在分散式環境下，資料的讀寫都是併發的

（a）發生了寫請求A，A的第一步淘汰了cache（如上圖中的1）

（b）A的第二步寫資料庫，發出修改請求（如上圖中的2）

（c）發生了讀請求B，B的第一步讀取cache，發現cache中是空的（如上圖中的步驟3）

（d）B的第二步讀取資料庫，發出讀取請求，此時A的第二步寫資料還沒完成，讀出了一個髒資料放入cache（如上圖中的步驟4）

即在資料庫層面，後發出的請求4比先發出的請求2先完成了，讀出了髒資料，髒資料又入了快取，快取與資料庫中的資料不一致出現了

三、不一致優化思路

能否做到先發出的請求一定先執行完成呢？常見的思路是“序列化”，今天將和大家一起探討“序列化”這個點。

先一起細看一下，在一個服務中，併發的多個讀寫SQL一般是怎麼執行的

上圖是一個service服務的上下游及服務內部詳細展開，細節如下：

（1）service的上游是多個業務應用，上游發起請求對同一個資料併發的進行讀寫操作，上例中併發進行了一個uid=1的餘額修改（寫）操作與uid=1的餘額查詢（讀）操作

（2）service的下游是資料庫DB，假設只讀寫一個DB

（3）中間是服務層service，它又分為了這麼幾個部分

（3.1）最上層是任務佇列

（3.2）中間是工作執行緒，每個工作執行緒完成實際的工作任務，典型的工作任務是通過資料庫連線池讀寫資料庫

（3.3）最下層是資料庫連線池，所有的SQL語句都是通過資料庫連線池發往資料庫去執行的

工作執行緒的典型工作流是這樣的：

void work_thread_routine(){

Task t = TaskQueue.pop(); // 獲取任務

// 任務邏輯處理，生成sql語句

DBConnection c = CPool.GetDBConnection(); // 從DB連線池獲取一個DB連線

c.execSQL(sql); // 通過DB連線執行sql語句

CPool.PutDBConnection(c); // 將DB連線放回DB連線池

}

提問：任務佇列其實已經做了任務序列化的工作，能否保證任務不併發執行？

答：不行，因為

（1）1個服務有多個工作執行緒，序列彈出的任務會被並行執行

（2）1個服務有多個數據庫連線，每個工作執行緒獲取不同的資料庫連線會在DB層面併發執行

提問：假設服務只部署一份，能否保證任務不併發執行？

答：不行，原因同上

提問：假設1個服務只有1條資料庫連線，能否保證任務不併發執行？

答：不行，因為

（1）1個服務只有1條資料庫連線，只能保證在一個伺服器上的請求在資料庫層面是序列執行的

（2）因為服務是分散式部署的，多個服務上的請求在資料庫層面仍可能是併發執行的

提問：假設服務只部署一份，且1個服務只有1條連線，能否保證任務不併發執行？

答：可以，全域性來看請求是序列執行的，吞吐量很低，並且服務無法保證可用性

完了，看似無望了，

1）任務佇列不能保證序列化

2）單服務多資料庫連線不能保證序列化

3）多服務單資料庫連線不能保證序列化

4）單服務單資料庫連線可能保證序列化，但吞吐量級低，且不能保證服務的可用性，幾乎不可行，那是否還有解？

退一步想，其實不需要讓全域性的請求序列化，而只需要“讓同一個資料的訪問能序列化”就行。

在一個服務內，如何做到“讓同一個資料的訪問序列化”，只需要“讓同一個資料的訪問通過同一條DB連線執行”就行。

如何做到“讓同一個資料的訪問通過同一條DB連線執行”，只需要“在DB連線池層面稍微修改，按資料取連線即可”

獲取DB連線的CPool.GetDBConnection()【返回任何一個可用DB連線】改為

CPool.GetDBConnection(longid)【返回id取模相關聯的DB連線】

這個修改的好處是：

（1）簡單，只需要修改DB連線池實現，以及DB連接獲取處

（2）連線池的修改不需要關注業務，傳入的id是什麼含義連線池不關注，直接按照id取模返回DB連線即可

（3）可以適用多種業務場景，取使用者資料業務傳入user-id取連線，取訂單資料業務傳入order-id取連線即可

這樣的話，就能夠保證同一個資料例如uid在資料庫層面的執行一定是序列的

稍等稍等，服務可是部署了很多份的，上述方案只能保證同一個資料在一個服務上的訪問，在DB層面的執行是序列化的，實際上服務是分散式部署的，在全域性範圍內的訪問仍是並行的，怎麼解決呢？能不能做到同一個資料的訪問一定落到同一個服務呢？

四、能否做到同一個資料的訪問落在同一個服務上？

上面分析了服務層service的上下游及內部結構，再一起看一下應用層上下游及內部結構

上圖是一個業務應用的上下游及服務內部詳細展開，細節如下：

（1）業務應用的上游不確定是啥，可能是直接是http請求，可能也是一個服務的上游呼叫

（2）業務應用的下游是多個服務service

（3）中間是業務應用，它又分為了這麼幾個部分

（3.1）最上層是任務佇列【或許web-server例如tomcat幫你幹了這個事情了】

（3.2）中間是工作執行緒【或許web-server的工作執行緒或者cgi工作執行緒幫你幹了執行緒分派這個事情了】，每個工作執行緒完成實際的業務任務，典型的工作任務是通過服務連線池進行RPC呼叫

（3.3）最下層是服務連線池，所有的RPC呼叫都是通過服務連線池往下游服務去發包執行的

工作執行緒的典型工作流是這樣的：

voidwork_thread_routine(){

Task t = TaskQueue.pop(); // 獲取任務

// 任務邏輯處理，組成一個網路包packet，呼叫下游RPC介面

ServiceConnection c = CPool.GetServiceConnection(); // 從Service連線池獲取一個Service連線

c.Send(packet); // 通過Service連線傳送報文執行RPC請求

CPool.PutServiceConnection(c); // 將Service連線放回Service連線池

}

似曾相識吧？沒錯，只要對服務連線池進行少量改動：

獲取Service連線的CPool.GetServiceConnection()【返回任何一個可用Service連線】改為

CPool.GetServiceConnection(longid)【返回id取模相關聯的Service連線】

這樣的話，就能夠保證同一個資料例如uid的請求落到同一個服務Service上。

五、總結

由於資料庫層面的讀寫併發，引發的資料庫與快取資料不一致的問題（本質是後發生的讀請求先返回了），可能通過兩個小的改動解決：

（1）修改服務Service連線池，id取模選取服務連線，能夠保證同一個資料的讀寫都落在同一個後端服務上

（2）修改資料庫DB連線池，id取模選取DB連線，能夠保證同一個資料的讀寫在資料庫層面是序列的

六、遺留問題

提問：取模訪問服務是否會影響服務的可用性？

答：不會，當有下游服務掛掉的時候，服務連線池能夠檢測到連線的可用性，取模時要把不可用的服務連線排除掉。

提問：取模訪問服務與 取模訪問DB，是否會影響各連線上請求的負載均衡？

答：不會，只要資料訪問id是均衡的，從全域性來看，由id取模獲取各連線的概率也是均等的，即負載是均衡的。

提問：要是資料庫的架構做了主從同步，讀寫分離：寫請求寫主庫，讀請求讀從庫也有可能導致快取中進入髒資料呀，這種情況怎麼解決呢（讀寫請求根本不落在同一個DB上，並且讀寫DB有同步時延）？