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面试题:缓存设计之缓存与时间序列数据库的数据一致性处理

当缓存与时间序列数据库协作时,如何保证数据的一致性?假设在高并发写入场景下,缓存数据更新和时间序列数据库写入可能存在先后顺序不一致问题,提出具体的解决方案,并分析每种方案的优缺点。
28.4万 热度难度
后端开发缓存设计

知识考点

AI 面试

面试题答案

一键面试

1. 先更新数据库,再更新缓存

  • 方案:在高并发写入场景下,先将数据写入时间序列数据库,成功后再更新缓存。
  • 优点
    • 数据最终一致性有保障,因为数据库是数据源,只要数据库写入成功,后续缓存更新即使暂时失败,后续也可通过重试等机制保证缓存数据的正确性。
    • 实现相对简单,逻辑清晰,开发和维护成本较低。
  • 缺点
    • 并发写入时,如果缓存更新失败,会导致一段时间内缓存数据和数据库数据不一致,影响读操作的数据准确性。
    • 由于先写数据库,写操作的响应时间会受到数据库写入性能的限制,在高并发下可能导致响应时间较长。

2. 先更新缓存,再更新数据库

  • 方案:先更新缓存数据,成功后再将数据写入时间序列数据库。
  • 优点
    • 读操作响应快,因为先更新了缓存,后续读操作可以直接从缓存获取最新数据,提升了用户体验。
    • 在高并发写入场景下,缓存更新速度一般比数据库快,整体写入性能在一定程度上有所提升。
  • 缺点
    • 数据一致性问题突出,如果数据库写入失败,而缓存已更新,会造成缓存和数据库数据不一致,且这种不一致较难修复。
    • 实现较为复杂,需要引入重试机制保证数据库写入成功,同时要处理缓存回滚等情况,增加了开发和维护成本。

3. 先删除缓存,再更新数据库

  • 方案:在写入数据时,先删除缓存中的对应数据,然后将数据写入时间序列数据库。当再次读取数据时,由于缓存中无数据,会从数据库读取并重新填充缓存。
  • 优点
    • 解决了先更新数据库再更新缓存中缓存更新失败导致的数据不一致问题,只要数据库写入成功,下次读操作就会从数据库加载最新数据到缓存。
    • 相比先更新缓存再更新数据库,减少了数据不一致的风险,因为缓存被删除后,即使数据库写入失败,读操作也能获取到旧的正确数据(从数据库读取)。
  • 缺点
    • 存在缓存击穿问题,在高并发下,如果大量请求同时读取被删除缓存的数据,会同时穿透到数据库,给数据库带来较大压力。
    • 读操作性能会受到影响,因为删除缓存后,首次读操作需要从数据库读取并回写缓存,响应时间会变长。

4. 双写一致性队列

  • 方案:引入一个消息队列,所有的写操作先发送到消息队列。消息队列按顺序处理这些写请求,先更新数据库,成功后再更新缓存。这样可以保证缓存和数据库的更新顺序一致。
  • 优点
    • 有效保证了缓存与数据库数据的一致性,通过消息队列的顺序处理机制,避免了高并发下更新顺序不一致的问题。
    • 解耦了业务系统与缓存、数据库的更新操作,提高了系统的可扩展性和稳定性。
  • 缺点
    • 增加了系统的复杂性,引入消息队列需要考虑队列的可靠性、消息的持久化、重复消费等问题。
    • 系统的响应时间会增加,因为写操作需要经过消息队列的处理,不再是直接的操作。
    • 消息队列可能成为性能瓶颈,在超高并发下,消息队列的处理能力可能无法满足需求。

5. 事务机制

  • 方案:如果缓存和数据库支持分布式事务,可以使用分布式事务来保证数据一致性。在一个事务中,同时执行缓存更新和数据库写入操作,要么都成功,要么都失败。
  • 优点
    • 能从根本上保证数据的强一致性,只要事务提交成功,缓存和数据库的数据就是一致的。
  • 缺点
    • 实现难度极大,需要缓存和数据库都支持分布式事务,并且事务管理的开销较大。
    • 性能问题,分布式事务的处理过程复杂,会严重影响系统的并发性能,在高并发场景下,系统的吞吐量会大幅下降。
    • 系统的可用性降低,因为事务中任何一个操作失败都会导致整个事务回滚,可能影响业务的正常进行。