实现多级缓存的策略方法

保证多级缓存数据一致性是一个复杂的任务,尤其是在分布式和高并发环境中。以下是一些常见的方法和策略,可以帮助实现多级缓存的数据一致性

1. 缓存失效策略

1.1 主动失效

在更新数据库时,主动使相关缓存失效。

步骤:

  1. 更新数据库
  2. 删除或失效缓存
    public class CacheService {
    private LocalCache localCache;
    private RedisCache redisCache;
    private Database database;

    public void updateData(Data data) {
    // 更新数据库
    database.update(data);

    // 删除相关缓存
    String cacheKey = "data:" + data.getId();
    localCache.delete(cacheKey);
    redisCache.delete(cacheKey);
    }
    }

1.2 延迟双删(Lazy Delete)

在更新数据库前后都删除缓存,确保缓存数据的准确性。

步骤:

  1. 更新前删除缓存
  2. 更新数据库
  3. 更新后再删除一次缓存
public class CacheService {
private LocalCache localCache;
private RedisCache redisCache;
private Database database;

public void updateData(Data data) {
String cacheKey = "data:" + data.getId();

// 第一次删除缓存
localCache.delete(cacheKey);
redisCache.delete(cacheKey);

// 更新数据库
database.update(data);

// 确保数据库更新完成后再次删除缓存
try {
Thread.sleep(1000); // 延迟 1 秒
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}

localCache.delete(cacheKey);
redisCache.delete(cacheKey);
}
}

2. 双写一致性策略

2.1 先更新数据库,再更新缓存

步骤:

  1. 更新数据库
  2. 更新缓存
    public class CacheService {
    private LocalCache localCache;
    private RedisCache redisCache;
    private Database database;

    public void updateData(Data data) {
    // 更新数据库
    database.update(data);

    // 更新缓存
    String cacheKey = "data:" + data.getId();
    localCache.set(cacheKey, data);
    redisCache.set(cacheKey, data);
    }
    }

2.2 先删除缓存,再更新数据库

public class CacheService {
private LocalCache localCache;
private RedisCache redisCache;
private Database database;

public void updateData(Data data) {
String cacheKey = "data:" + data.getId();

// 删除缓存
localCache.delete(cacheKey);
redisCache.delete(cacheKey);

// 更新数据库
database.update(data);
}
}

3. 缓存更新策略

3.1 写通过(Write-through)

在写入数据库时,同时更新缓存。

步骤:

  1. 更新数据库
  2. 更新缓存
    public class CacheService {
    private LocalCache localCache;
    private RedisCache redisCache;
    private Database database;

    public void updateData(Data data) {
    // 更新数据库
    database.update(data);

    // 更新缓存
    String cacheKey = "data:" + data.getId();
    localCache.set(cacheKey, data);
    redisCache.set(cacheKey, data);
    }
    }

3.2 写回(Write-back)

先更新缓存,定期将缓存数据写回数据库。

步骤:

  1. 更新缓存
  2. 定期将缓存数据写回数据库
    public class CacheService {
    private LocalCache localCache;
    private RedisCache redisCache;
    private Database database;

    public void updateData(Data data) {
    // 更新缓存
    String cacheKey = "data:" + data.getId();
    localCache.set(cacheKey, data);
    redisCache.set(cacheKey, data);

    // 定期将缓存数据写回数据库
    scheduleWriteBack(data);
    }

    private void scheduleWriteBack(Data data) {
    // 实现定期将缓存数据写回数据库的逻辑
    }
    }

4. 分布式锁

使用分布式锁(如 Redis 的 RedLock)来确保多节点环境下的一致性。

步骤:

  1. 获取分布式锁
  2. 更新数据库和缓存
  3. 释放分布式锁
import redis.clients.jedis.Jedis;
import redis.clients.jedis.JedisPool;

public class CacheService {
private LocalCache localCache;
private RedisCache redisCache;
private Database database;
private JedisPool jedisPool;

public void updateDataWithLock(Data data) {
String lockKey = "lock:data:" + data.getId();
try (Jedis jedis = jedisPool.getResource()) {
// 获取分布式锁
String lock = acquireLock(jedis, lockKey, 10000);
if (lock != null) {
try {
updateData(data);
} finally {
// 释放分布式锁
releaseLock(jedis, lockKey, lock);
}
}
}
}

private void updateData(Data data) {
// 更新数据库
database.update(data);

// 更新缓存
String cacheKey = "data:" + data.getId();
localCache.set(cacheKey, data);
redisCache.set(cacheKey, data);
}

private String acquireLock(Jedis jedis, String lockKey, int timeout) {
// 实现获取分布式锁的逻辑
}

private void releaseLock(Jedis jedis, String lockKey, String lock) {
// 实现释放分布式锁的逻辑
}
}

5. 异步更新

使用异步机制,在更新数据库后异步更新缓存。

步骤:

  1. 更新数据库
  2. 异步更新缓存
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

public class CacheService {
private LocalCache localCache;
private RedisCache redisCache;
private Database database;
private ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(10);

public void updateData(Data data) {
// 更新数据库
database.update(data);

// 异步更新缓存
String cacheKey = "data:" + data.getId();
executorService.submit(() -> updateCache(cacheKey, data));
}

private void updateCache(String cacheKey, Data data) {
localCache.set(cacheKey, data);
redisCache.set(cacheKey, data);
}
}

6. 使用消息队列

通过消息队列通知其他缓存节点更新缓存。这里举例使用rabbitmq简单实现,也可以用其他mq或者Canal实现

步骤:

  1. 更新数据库
  2. 发送缓存失效消息到消息队列
  3. 各缓存节点订阅消息队列,接收到消息后失效缓存
// RabbitMQConfig.java
import com.rabbitmq.client.ConnectionFactory;
import com.rabbitmq.client.Connection;
import com.rabbitmq.client.Channel;

public class RabbitMQConfig {
public static final String QUEUE_NAME = "cache_invalidation_queue";

public static Channel createChannel() throws Exception {
ConnectionFactory factory = new ConnectionFactory();
factory.setHost("localhost"); // RabbitMQ 服务器地址
Connection connection = factory.newConnection();
return connection.createChannel();
}
}

// CacheService.java
public class CacheService {
private LocalCache localCache;
private RedisCache redisCache;
private Database database;
private Channel channel;

public CacheService() throws Exception {
this.channel = RabbitMQConfig.createChannel();
channel.queueDeclare(RabbitMQConfig.QUEUE_NAME, false, false, false, null);
}

public void updateData(Data data) throws Exception {
// 更新数据库
database.update(data);

// 生成缓存键
String cacheKey = "data:" + data.getId();

// 发送缓存失效消息到 RabbitMQ
channel.basicPublish("", RabbitMQConfig.QUEUE_NAME, null, cacheKey.getBytes());
}
}

// CacheInvalidationListener.java
import com.rabbitmq.client.*;

public class CacheInvalidationListener {
private LocalCache localCache;
private RedisCache redisCache;
private Channel channel;

public CacheInvalidationListener() throws Exception {
this.channel = RabbitMQConfig.createChannel();
channel.queueDeclare(RabbitMQConfig.QUEUE_NAME, false, false, false, null);
}

public void startListener() throws Exception {
Consumer consumer = new DefaultConsumer(channel) {
@Override
public void handleDelivery(String consumerTag, Envelope envelope, AMQP.BasicProperties properties, byte[] body) throws IOException {
String cacheKey = new String(body, "UTF-8");
localCache.delete(cacheKey);
redisCache.delete(cacheKey);
}
};
channel.basicConsume(RabbitMQConfig.QUEUE_NAME, true, consumer);
}

public static void main(String[] args) throws Exception {
CacheInvalidationListener listener = new CacheInvalidationListener();
listener.startListener();
}
}

TIPS:异步更新和消息队列思想的区别
异步更新:适用于单节点或小规模系统,依赖于应用内部的异步处理机制,较为简单但在分布式环境中扩展性差。

使用消息队列:适用于分布式和大规模系统,依赖于外部消息队列系统,在多个节点之间确保数据一致性,更具扩展性但实现和运维复杂度较高。

结论

通过结合使用主动失效、延迟双删、双写一致性、写通过、写回、分布式锁和异步更新等策略,可以有效地保证多级缓存的数据一致性。选择合适的策略取决于具体的应用场景和需求O(∩_∩)O