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1缓存系统交互
缓存系统设计是后端开发人员的必备技能，也是实现高并发的重要武器。
对于读多写少的场景，我们通常使用内存型数据库作为缓存，关系型数据库作为主存储，从而形成两层相互依赖的存储体系。
共识：我们将使用Redis和MySQL作为缓存和主存的实体，展开今天的话题。
缓存系统的读取场景和更新场景：
- 读取时只要之前MySQL和Redis中的数据是一致的，后续只要没有更新操作就不会有什么问题，同时借助于内存来提高并发能力，这也是我们设计缓存系统的初衷。
- 对于读多写少的业务模型，由于操作MySQL和Redis并非天然的原子操作，会造成数据的不一致，需要特殊处理。
读取过程示意：
读取过程：读请求优先从缓存中获取数据，拿到后即可返回;如缓存无数据，则从主存储拿数据，并且将数据更新到缓存中，为后续的读取请求做铺垫。
更新过程之所以会出现数据不一致问题，有内外两大原因：
- 内部原因：Redis和MySQL的更新不是天然的原子操作，非事务性的组合拳。
- 外部原因：实际中的读写请求是并发且无序的，可预测性很差，完全不可控。
2数据不一致的感知
我们来看个实际中的例子，进一步了解缓存系统的数据不一致问题。
平时上下班挤地铁的时候，我们经常会听网易云，比如我喜欢听民谣，所有会关注官方发布的一些民谣歌曲榜单，如图：
歌单是网易云的运营同学配置的，作为用户我们是无法修改的歌单的内容的，所以这是个非常典型的读多写少的场景。
所以假如我是网易云的后端同学，我肯定会把歌单的信息存储在Redis中，缓存下来提高性能，大概可以是这个样子：
假如因为版权问题，运营删除了一首歌，此时更新了MySQL，但是Redis中的数据并没有及时被更新，那么就会有一少部分用户在歌单中看到本已被删除的歌曲，点击时可能无法播放等。
画外音：这就是缓存和主存储的数据不一致的现象，当然具体网易云是咋实现的，咱也不清楚，上述的场景纯属作者脑补来说明不一致问题的直观实例。
3理性看待不一致问题
数据一致性可以说是分布式系统中必然存在的问题，数据一致性可以分为：
- 强一致性：时时刻刻保持一致。
- 最终一致性：允许短暂的不一致，但是最后还是一致的。
要实现缓存和主存储的强一致性，需要借助于复杂的分布式一致性协议等，倒不如不用缓存，毕竟缓存的优势还是读多写少的场景。
画外音：缓存并不是什么万金油，对于写多读少的场景，或许并不是适合用缓存。
工程和学术是有区别的，因此我们后续的问题都是围绕最终一致性展开的，因为这才是有意义的问题。
进而我们将问题转化为：
研究重点：在保证数据最终一致性的前提下，如何把数据不一致带来的影响降低到业务可接受的范围内?
4更新还是删除是个问题
当MySQL被更新时，我们如何处理Redis呢?
- 直接将key淘汰掉，是否再次被加载由后续读请求决定。
- 直接update发生变化的key，相当于帮后面的请求做了加载的操作。
可以明确一点删除操作直接操作就行(简单明了)，但是更新操作可能涉及的处理步骤更多，也就是update可能比delete更复杂。
另外，我们需要尽量保证Redis中的数据都是热数据，update每次都会使得数据驻留在Redis中，或许这是没有必要的，因为这些可能是冷数据，至于要加载哪些数据，还是交给后面的请求比较合适，各司其职。
综上，我们更倾向于将delete作为通用的选择，因此后续都是基于淘汰缓存来展开的。
5如何解决不一致问题
Redis和MySQL的数据不一致产生的根源是业务需要进行更新(写入)操作。
先操作Redis 还是 先操作MySQL是个问题，操作时序不同产生的影响也不同。
尺有所短，寸有所长，说到底是一种权衡，哪一种组合产生的负面影响对业务最小，就倾向于哪种方案。
缓存系统的数据不一致问题，是个经典的问题，因此肯定有很多解决问题的套路，所以让我们带着分析和思考去看看，各个方案的利弊。
思路一：设置缓存过期时间
当向Redis写入一条数据时，同时设置过期时间x秒，业务不同过期时间不同。
过期时间到达时Redis就会删掉这条数据，后续读请求Redis出现Cache Miss，进而读取MySQL，然后把数据写到Redis。
如果发生更新操作时，只操作MySQL，那么Redis中的数据更新就只是依赖于过期时间来保底，淘汰后再被加载就是新数据了。
画外音：这种方案是最简单的，如果业务对短时间不一致问题并不在意，设置过期时间的方案就足够了，没有必要搞太复杂。
思路二：先淘汰缓存&再更新主存
进行更新操作时，为了防止其他线程读到缓存中的旧数据，干脆淘汰掉，然后把数据更新到主存储，后续的请求再次读取时触发Cache Miss，从而读取MySQL再将新数据更新到Redis。
- 在T1时刻：Redis和MySQL对于age的值都是18，二者一致;
- 在T2时刻：有更新请求需要设置age=20，此时Redis中就没有age这个数据了;在完成Redis淘汰后，进行MySQL数据更新age=20;
这个方案听着还不错的样子，但是读写请求都是并发的，先后顺序完全无法预测，甚至后发出的请求先处理完成，也是很常见的。
可见一个明显的漏洞：在淘汰Redis的数据完成后，更新MySQL完成之前，这个时间段内如果有新的读请求过来，发现Cache Miss了，就会把旧数据重新写到Redis中，再次造成不一致，并且毫无察觉后续读的都是旧数据。
画外音：这个方案其实不能说完全没有用，但是至少不完美吧。
思路三：先更新主存&再淘汰缓存
进行更新操作时，先更新MySQL，成功之后，淘汰缓存，后续读取请求时触发Cache Miss再将新数据回写Redis。
这种模式在更新MySQL和淘汰Redis这段时间内，请求读取的还是Redis的旧数据，不过等MySQL更新完成，就可以立刻恢复一致，影响相对比较小。
上述是在缓存中有数据的情况，也就是T2时刻的读请求没有触发Cache Miss，也就不会更新缓存，因此问题不大。
但是，假如T2时刻读取的数据在缓存没有，那么触发Cache Miss后会产生回写，假如这个回写动作是在T4时刻完成，那么写入的还是老数据，如图：
这种情况确实有问题，但是真是太巧了吧，分析一下：
- 事件A：淘汰Redis前来了一个读请求;
- 事件B：T2时刻的读请求触发了Cache Miss;
- 事件C：回写Redis发生在淘汰缓存之后;
那么发生问题的概率就是P(A)*P(B)*P(C)，从实际考虑这种综合事件发生的概率非常低，因为写操作远慢于读操作，也就是图上的T4事件大概率是发生在T3事件之前的。
画外音：先更新MySQL再淘汰Redis的方案，虽然存在小概率不一致问题，但是总体来说工程上是可用的，比如非要说写完MySQL挂了，Redis就没淘汰，这种情况只能说确实有问题。
思路四：延时双删(淘汰)
前面提到的思路二和思路三都只有一次Redis淘汰操作，这里要说的延时双删本质上是思路二和思路三的结合：
说实话个人觉得，这个方案有点堆操作的感觉，而且设置延时的目的是为了避免思路三的小概率问题，延时设置多久不好确定，二来延时降低了并发性能，同时前置的删除缓存操作起到的作用并不大。
这个方案倒是透露出一种思想：多删几次，可能一致性更有保证，那确实如此，但是命中率也就低了，命中率和一致性看来也是一对矛盾。
画外音：这个方案也不是说不行，其实有点麻烦，并且在复杂高并发场景中反而影响性能，要是一般的场景或许也能用起来。
思路五：异步更新缓存
既然直接操作MySQL和Redis都多少存在一些问题，那么能不能引入中间层来解决问题呢?
把MySQL的更新操作完成后不直接操作Redis，而是把这个操作命令(消息)扔到一个中间层，然后由Redis自己来消费更新数据，这是一种解耦的异步方案。
单纯为了更新缓存引入中间件确实有些复杂，但是像MySQL提供了binlog的同步机制，此时Redis就作为Slave进行主从同步，实现数据的更新，成本也还可以接受。
画外音：引入中间层思想真是万金油啊!
6 总结一下
本文主要介绍了以下几个关键内容：
- 缓存系统适用的场景：读多写少。
- 缓存系统的读写基本交互过程，读很简单，写有点复杂。
- 缓存系统写时的不一致问题有内外两个因素：外部读写的并发无序性和内部操作非原子性。
- 使用缓存系统，我们就需要接受最终一致性的前提，否则不建议用缓存。
- 解决缓存数据不一致的思路有很多，或多或少都有不足，具体用哪种，需要根据实际业务场景，没有哪种方案是普遍适用的。
