面试题：缓存设计：内存与磁盘缓存混合下的一致性处理

Question

在一个电商系统中，商品库存数据同时存在于内存缓存和磁盘缓存中。当库存数据发生变化时，如何确保内存缓存与磁盘缓存的数据一致性？请详细描述可能采用的策略及其优缺点，并且说明如何应对高并发情况下的一致性问题。

Answer 1

策略及其优缺点

1. 先更新内存缓存，再更新磁盘缓存
   • 优点：操作简单直接，在一般情况下能快速响应用户请求，因为内存操作速度快。
   • 缺点：如果在更新磁盘缓存时发生故障，会导致内存缓存和磁盘缓存数据不一致。而且在高并发场景下，可能会有部分请求先更新了内存缓存，还未更新磁盘缓存时，其他请求读取到不一致的数据。
2. 先更新磁盘缓存，再更新内存缓存
   • 优点：数据持久化优先，可靠性较高，即使系统崩溃，磁盘数据也是最新的。
   • 缺点：磁盘I/O操作速度慢，会导致整体响应时间变长，影响用户体验。在高并发场景下，大量请求等待磁盘I/O完成，系统吞吐量会降低。
3. 双写一致性（同时更新内存缓存和磁盘缓存）
   • 优点：理论上能保证数据一致性，减少不一致窗口。
   • 缺点：实现复杂度高，需要处理两个不同存储介质的事务一致性。并且如果其中一个更新失败，另一个已更新成功，仍会导致数据不一致。在高并发下，同时操作两个存储可能导致性能瓶颈。
4. 缓存更新异步化
   • 优点：可以将磁盘缓存更新操作异步化，不影响内存缓存的快速响应，提高系统的并发处理能力。
   • 缺点：存在一定时间的数据不一致窗口，虽然异步操作可减少延迟，但如果异步任务处理失败，也会导致数据不一致。

应对高并发情况下的一致性问题

1. 使用分布式锁：在更新库存数据时，通过分布式锁保证同一时间只有一个请求能进行更新操作，避免并发更新导致的数据不一致。但分布式锁可能存在性能瓶颈和锁超时等问题。
2. 引入消息队列：将库存更新操作放入消息队列，保证操作按顺序执行，减少并发冲突。同时可以结合重试机制，确保消息处理成功，提高数据一致性。但消息队列可能会出现消息丢失、重复消费等问题，需要相应的解决方案。
3. 数据版本控制：为库存数据添加版本号，每次更新时版本号递增。读取数据时，对比版本号，若不一致则重新读取，保证读取到最新数据。但会增加额外的存储和处理开销。