面试题：缓存设计：多级缓存一致性在电商系统中的实现策略

Question

在电商系统使用多级缓存架构时，如何保证不同层级缓存之间的数据一致性？请阐述至少两种实现策略，并分析它们各自的优缺点。

Answer 1

策略一：读写穿透

1. 实现方式：
   • 读操作：应用程序首先从缓存读取数据，如果缓存未命中，则从数据库读取数据，然后将数据写入缓存。
   • 写操作：应用程序同时更新数据库和缓存，确保两者数据一致。
2. 优点：
   • 数据一致性较好，因为每次读写操作都直接与数据库交互，缓存中的数据能及时反映数据库的状态。
   • 实现相对简单，应用层逻辑清晰，容易理解和维护。
3. 缺点：
   • 性能问题，每次读写都涉及数据库操作，在高并发场景下，数据库可能成为性能瓶颈。
   • 缓存更新频率高，写操作时可能会因为缓存更新失败但数据库更新成功，导致短暂的数据不一致。

策略二：失效模式（Cache - Aside Pattern）

1. 实现方式：
   • 读操作：应用程序先从缓存读取数据，若缓存命中则直接返回；若未命中，则从数据库读取并写入缓存。
   • 写操作：应用程序先更新数据库，然后使缓存失效（删除缓存中的数据）。当下次读取时，缓存未命中，会重新从数据库加载最新数据到缓存。
2. 优点：
   • 性能较好，读操作大部分情况可直接从缓存获取数据，减少对数据库的压力。
   • 相对读写穿透，减少了缓存更新的频率，降低了缓存更新失败导致数据不一致的风险。
3. 缺点：
   • 存在数据不一致窗口期，写操作后到下次读取前，缓存中的数据是旧的。在高并发读写场景下，可能会出现数据不一致的时间稍长。
   • 应用层需要额外处理缓存失效逻辑，增加了代码复杂度。

策略三：双写模式

1. 实现方式：
   • 读操作：同读写穿透，先从缓存读，未命中则从数据库读并写入缓存。
   • 写操作：应用程序先更新缓存，再更新数据库。为保证一致性，还需要有重试机制，若数据库更新失败，需回滚缓存更新操作。
2. 优点：
   • 读性能较好，因为缓存更新相对较快，后续读操作能快速从缓存获取数据。
   • 相比失效模式，减少了数据不一致的窗口期，因为缓存先更新，读操作能更快获取到新数据。
3. 缺点：
   • 实现复杂，需要处理缓存和数据库更新的先后顺序以及失败重试和回滚逻辑。
   • 可能出现缓存更新成功但数据库更新失败的情况，即使有回滚机制，实现不当也可能导致数据不一致。