面试题：缓存设计：缓存与列式存储数据库一致性保证策略

Question

在缓存系统与列式存储数据库协同场景中，数据的一致性是关键问题。当对数据库进行更新操作后，需要同步更新缓存以确保一致性。请详细阐述你会采用哪些策略来保证缓存与数据库的一致性，并且分析每种策略在高并发场景下的优缺点。

Answer 1

1. 先更新数据库，再更新缓存

• 策略：在对数据进行修改时，首先执行数据库的更新操作，成功后再更新缓存中的对应数据。
• 优点：
  • 逻辑简单，易于理解和实现，符合常规的操作顺序思维。
• 缺点（高并发场景）：
  • 并发写入场景下，可能会出现缓存更新顺序错乱问题。假设线程A和线程B同时更新数据，A先更新数据库，此时B也更新数据库，然后B更新缓存，最后A更新缓存，导致缓存中是旧数据。

2. 先删除缓存，再更新数据库

• 策略：当数据发生变化时，先删除缓存中的数据，然后再执行数据库的更新操作。
• 优点：
  • 相对简单，在大部分场景下能解决缓存和数据库不一致问题。
  • 避免了先更新缓存带来的缓存更新顺序错乱问题。
• 缺点（高并发场景）：
  • 存在短暂不一致窗口。比如读操作在删除缓存后、更新数据库前发生，此时会从数据库读取旧数据并写回缓存，导致缓存和数据库不一致。
  • 在高并发读写场景下，如果读操作频繁且数据库更新较慢，可能会有大量读请求从数据库读取旧数据并写回缓存，增加数据库压力。

3. 先更新数据库，再删除缓存

• 策略：首先执行数据库的更新操作，成功后删除缓存中的对应数据。
• 优点：
  • 大多数场景下能有效保证数据一致性，是目前比较常用的策略。
  • 减少了先删除缓存带来的数据库压力问题，因为只有数据库更新成功才会删除缓存。
• 缺点（高并发场景）：
  • 同样存在短暂不一致窗口。在更新数据库后删除缓存前，如果有读请求，会读到旧缓存数据。
  • 缓存删除失败的情况下，如果没有重试机制，会导致缓存长期不一致。

4. 双写一致性方案（补偿机制）

• 策略：
  • 先更新数据库，再更新缓存（或删除缓存）。
  • 增加一个异步补偿机制，比如使用消息队列。当更新操作完成后，发送一条消息到消息队列，由消息队列消费并再次检查和修正缓存与数据库的一致性。
• 优点：
  • 可以最大程度保证数据一致性，通过异步补偿机制可以处理前面几种策略中可能出现的不一致情况。
  • 对于高并发场景有较好的适应性，消息队列可以起到削峰填谷的作用，减少数据库和缓存的瞬时压力。
• 缺点：
  • 系统复杂度大幅增加，引入消息队列需要考虑消息的可靠投递、重复消费、顺序消费等问题。
  • 增加了系统的维护成本，需要额外监控和维护消息队列相关组件。