问题: redis-高并发场景下如何保证缓存数据与数据库的最终一致性

在高并发场景下，Redis 通常用作缓存层，与数据库结合使用以提高系统的性能。为了保证缓存数据与数据库的最终一致性，通常采用的有双写机制、缓存失效机制，基于双写机制、缓存失效机制又衍生出来了消息队列、事件驱动架构等

常见机制

常见的机制如下，个人理解无非是先后或各种手段操作数据库、redis，代码ai给写的示列只需看懂即可。

双写机制
在更新数据库的同时，同步更新缓存。
适用于写操作较少的场景

 public class CacheService {private final JdbcTemplate jdbcTemplate;private final RedisTemplate<String, Object> redisTemplate;public void updateData(String key, String value) {// 更新数据库jdbcTemplate.update("UPDATE table SET value = ? WHERE key = ?", value, key);// 更新缓存redisTemplate.opsForValue().set(key, value);}

缓存失效机制
在更新数据库后，删除缓存中的旧数据，读取数据时候时写入缓存
适用于写操作频繁的场景。

 public class CacheService {private final JdbcTemplate jdbcTemplate;private final RedisTemplate<String, Object> redisTemplate;public void updateData(String key, String value) {// 更新数据库jdbcTemplate.update("UPDATE table SET value = ? WHERE key = ?", value, key);// 删除缓存redisTemplate.delete(key);}public String getData(String key) {// 从缓存中获取数据String value = (String) redisTemplate.opsForValue().get(key);if (value == null) {// 缓存未命中，从数据库中获取数据value = jdbcTemplate.queryForObject("SELECT value FROM table WHERE key = ?", new Object[]{key}, String.class);if (value != null) {// 将数据写入缓存redisTemplate.opsForValue().set(key, value);}}return value;}}

消息队列机制
使用消息队列异步更新redis，确保数据的一致性。
适用于高并发写操作的场景。

  import com.rabbitmq.client.Channel;import com.rabbitmq.client.Connection;import com.rabbitmq.client.ConnectionFactory;public class CacheService {private final JdbcTemplate jdbcTemplate;private final RedisTemplate<String, Object> redisTemplate;public void updateData(String key, String value) {// 更新数据库jdbcTemplate.update("UPDATE table SET value = ? WHERE key = ?", value, key);// 发送消息到消息队列sendUpdateMessage(key, value);}private void sendUpdateMessage(String key, String value) {ConnectionFactory factory = new ConnectionFactory();factory.setHost("localhost");try (Connection connection = factory.newConnection();Channel channel = connection.createChannel()) {channel.queueDeclare("cache_update_queue", true, false, false, null);channel.basicPublish("", "cache_update_queue", null, (key + ":" + value).getBytes());} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}}public void consumeUpdateMessages() {ConnectionFactory factory = new ConnectionFactory();factory.setHost("localhost");try (Connection connection = factory.newConnection();Channel channel = connection.createChannel()) {channel.queueDeclare("cache_update_queue", true, false, false, null);DeliverCallback deliverCallback = (consumerTag, delivery) -> {String message = new String(delivery.getBody(), "UTF-8");String[] parts = message.split(":");String key = parts[0];String value = parts[1];// 更新缓存redisTemplate.opsForValue().set(key, value);};channel.basicConsume("cache_update_queue", true, deliverCallback, consumerTag -> {});} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}}}

事件驱动机制
使用事件驱动架构，当数据库数据发生变化时，触发事件，事件处理器负责更新缓存。
适用于复杂的数据更新逻辑。

   import org.springframework.context.ApplicationEventPublisher;import org.springframework.context.ApplicationEventPublisherAware;import org.springframework.stereotype.Service;@Servicepublic class CacheService implements ApplicationEventPublisherAware {private final JdbcTemplate jdbcTemplate;private final RedisTemplate<String, Object> redisTemplate;private ApplicationEventPublisher eventPublisher;public void updateData(String key, String value) {// 更新数据库jdbcTemplate.update("UPDATE table SET value = ? WHERE key = ?", value, key);// 发布事件eventPublisher.publishEvent(new DataUpdatedEvent(this, key, value));}@Overridepublic void setApplicationEventPublisher(ApplicationEventPublisher applicationEventPublisher) {this.eventPublisher = applicationEventPublisher;}@Servicepublic class EventListener {private final RedisTemplate<String, Object> redisTemplate;@org.springframework.context.event.EventListenerpublic void handleDataUpdatedEvent(DataUpdatedEvent event) {// 更新缓存redisTemplate.opsForValue().set(event.getKey(), event.getValue());}}}public class DataUpdatedEvent extends ApplicationEvent {private final String key;private final String value;public DataUpdatedEvent(Object source, String key, String value) {super(source);this.key = key;this.value = value;}public String getKey() {return key;}public String getValue() {return value;}}

定期补偿机制
定期对缓存和数据库的数据进行校验，发现不一致时进行补偿操作。
适用于对数据一致性要求较高的场景。

 import java.util.concurrent.Executors;import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;import java.util.concurrent.TimeUnit;public class DataConsistencyChecker {private final JdbcTemplate jdbcTemplate;private final RedisTemplate<String, Object> redisTemplate;private final ScheduledExecutorService scheduler = Executors.newScheduledThreadPool(1);public void startChecking() {scheduler.scheduleAtFixedRate(() -> {// 从数据库中获取所有数据List<Map<String, Object>> dataFromDB = jdbcTemplate.queryForList("SELECT key, value FROM table");for (Map<String, Object> row : dataFromDB) {String key = (String) row.get("key");String value = (String) row.get("value");// 从缓存中获取数据String cacheValue = (String) redisTemplate.opsForValue().get(key);if (!value.equals(cacheValue)) {// 数据不一致，更新缓存redisTemplate.opsForValue().set(key, value);}}}, 0, 1, TimeUnit.HOURS);}}

废弃缓存与更新缓存的取舍

由上面代码可看出 1和2 最大的区别在于更新数据库时到底是更新缓存还是删除缓存。
【废弃缓存】
优点：
操作简单，只需在更新数据库后删除缓存，下次读取时重新从数据库加载数据，减少了写的操作日数
缺点：
可能短暂不一致：在缓存删除后和新数据写入缓存前，可能会出现短暂的缓存不一致

【更新缓存】
优点：
数据强一致性：更新数据库和缓存同时进行，确保数据的一致性。
减少数据库读压力：缓存始终是最新的，减少了对数据库的读操作。
缺点：
复杂性增加：需要处理缓存更新失败的情况，可能需要回滚操作。
性能影响：每次更新操作都需要同时更新数据库和缓存，增加了操作的复杂性和时间

写操作较少的场景：
推荐使用更新缓存：因为写操作较少，更新缓存的额外开销相对较小，且可以确保数据的一致性。
写操作频繁的场景：
推荐使用废弃缓存：因为写操作频繁，更新缓存会增加系统的复杂性和开销，而废弃缓存可以减少缓存的写操作，降低系统负担。
对数据一致性要求极高的场景：
推荐使用更新缓存：尽管复杂性增加，但可以确保数据的强一致性。
对性能要求较高且可以容忍短暂不一致的场景：
推荐使用废弃缓存：可以减少数据库的读压力，提高系统的整体性能

淘汰缓存的顺序

https://blog.csdn.net/qq_39033181/article/details/119276120

【方案一】先淘汰缓存，再更新数据库
在并发量较大的情况下，会导致数据的不一致。
1. A线程进行写操作，先成功淘汰缓存，但由于网络或其它原因，还未更新数据库
2. B线程进行读操作，发现缓存中没有想要的数据，从数据库中读取到的是旧数据，并把旧数据放入缓存。此时数据库与缓存都是旧值，数据没有不一致
3. A线程将数据库更新完成，数据库中是更新后的新数据，缓存中是更新前的旧数据，造成数据不一致。

【方案二】先更新数据库，再淘汰缓存
在并发量较大的情况下，会导致数据的短暂不一致，但是数据会最终一致。
1. A线程进行写操作，更新数据库，还未淘汰缓存
2. B线程从缓存中可以读取到旧数据，此时数据不一致
3. A线程完成淘汰缓存操作，其它线程进行读操作，从数据库中读入最新数据，此时数据一致