面试题：缓存设计：Memcached CAS机制在并发控制中的基本原理

Question

请简要阐述Memcached的CAS（Check - And - Set）机制在并发控制中的基本工作原理，以及它如何解决缓存并发更新的问题。

Answer 1

1. CAS机制基本工作原理

• 版本号概念：在Memcached中，每个缓存项除了有键（key）、值（value）之外，还会关联一个唯一的版本号（cas token）。当缓存项被创建时，会生成一个初始的版本号。
• 读取操作：客户端读取缓存数据时，不仅获取到数据的值，同时也获取到该数据对应的版本号。
• 更新操作：当客户端想要更新这个缓存项时，会将读取到的版本号连同新的数据一起发送给Memcached服务器。服务器在执行更新操作前，会检查当前缓存项的版本号是否与客户端发送过来的版本号一致。如果一致，说明在读取数据后到更新数据这段时间内，没有其他客户端对该缓存项进行过修改，服务器就会执行更新操作，并更新版本号为一个新的值；如果不一致，说明在这段时间内已经有其他客户端修改过该缓存项，服务器就会拒绝这次更新操作。

2. 解决缓存并发更新问题

• 防止覆盖更新：假设多个客户端同时读取了同一个缓存项，并且都准备进行更新。如果没有CAS机制，后更新的客户端会直接覆盖先更新的客户端所做的修改，导致数据丢失。而CAS机制通过版本号的比对，只有版本号匹配的更新操作才会被执行，这样就保证了只有第一个成功更新的客户端操作会生效，后续的更新操作由于版本号不一致而被拒绝，避免了覆盖更新的问题。
• 乐观并发控制：CAS机制采用乐观并发控制策略，它假设在大多数情况下，并发冲突不会频繁发生。客户端在进行更新操作时，不需要像悲观锁那样先获取锁，而是直接尝试更新，只有在版本号比对失败时才知道发生了冲突，然后客户端可以选择重试更新操作等方式来解决冲突。这种方式减少了锁带来的性能开销，提高了系统在高并发场景下的性能和吞吐量。