面试题：缓存设计在微服务架构下的一致性策略

Question

在微服务架构中，数据可能在多个服务之间共享和交互，缓存一致性变得尤为重要。假设你负责设计一个涉及多个微服务读写同一数据并使用缓存的场景，描述你会采用哪些策略来保证缓存与数据库数据的一致性，以及如何权衡不同策略的优缺点。

Answer 1

策略

1. 读写穿透（Read/Write Through）
   • 读操作：应用程序首先从缓存读取数据。如果缓存中没有数据（缓存未命中），则从数据库读取数据，然后将数据写入缓存，最后返回给应用程序。
   • 写操作：应用程序向数据库写入数据，成功后再更新缓存。
2. 异步写回（Write Behind Caching）
   • 写操作：应用程序只更新缓存，然后缓存系统异步地将数据写入数据库。在这个过程中，缓存充当主存储，数据库作为备份存储。
3. 失效模式（Cache - Aside）
   • 读操作：应用程序从缓存读取数据。如果缓存未命中，则从数据库读取数据并更新缓存。
   • 写操作：应用程序更新数据库，然后使缓存中的相关数据失效。当下次读取该数据时，缓存未命中，重新从数据库加载并更新缓存。

优缺点权衡

1. 读写穿透
   • 优点：
     • 数据一致性强，因为每次读写都保证了缓存与数据库的一致性。
     • 实现相对简单，逻辑清晰，易于理解和维护。
   • 缺点：
     • 写操作性能较低，因为每次写操作都需要同步更新数据库和缓存，增加了响应时间。
     • 对数据库的压力较大，尤其是在高并发写的场景下。
2. 异步写回
   • 优点：
     • 写操作性能高，因为应用程序只需要更新缓存，不需要等待数据库写入完成，提高了系统的响应速度。
     • 可以批量写入数据库，减少数据库的 I/O 操作，提高数据库的性能。
   • 缺点：
     • 数据一致性弱，在缓存异步写入数据库的过程中，如果系统崩溃，可能会导致数据丢失。
     • 实现复杂，需要处理缓存与数据库之间的异步同步逻辑，以及可能出现的各种异常情况。
3. 失效模式
   • 优点：
     • 写操作性能较好，因为只需要更新数据库并使缓存失效，不需要同步更新缓存。
     • 对数据库的压力相对较小，因为只有在缓存未命中时才会读取数据库。
   • 缺点：
     • 在缓存失效到重新加载数据之间，可能会存在短暂的数据不一致。
     • 可能会出现缓存雪崩问题，如果大量缓存同时失效，可能会导致数据库瞬间承受巨大的读压力。