数据库与缓存一致性解决方案

文章目录

数据库与缓存一致性解决方案
- 前言
- 几种方案的分析
- 方案的实现

前言

项目中如果用到了缓存，就会涉及到数据库与缓存的双写，由于这两个操作不是原子性的，在并发的场景下，容易产生数据库与缓存不一致的情况。

几种方案的分析

数据库与缓存的双写有很多种方案，我们先来看几种最常见的：

1. 先更新数据库再更新缓存

这种方案最容易想到，但是也很容易出问题，比如写请求A先更新了数据库，这时候，写请求B也更新了数据库，接着又更新了缓存，最后写请求A又更新了一次缓存，这个时候缓存中就出现了脏数据。

2. 先更新缓存再更新数据库

假如缓存更新成功，数据库更新失败，那么肯定会照成数据不一致。

3. 先删除缓存再更新数据库

写请求A进行写操作，删除缓存，读请求B查询缓存发现不存在，B去数据库查询得到旧值然后写入缓存，最后写请求A才将新值写入数据库，这个时候缓存中就是脏数据。

由于对数据库的读一般比写要快，所以这种情况是比较容易发生的。

4. 先更新数据库再删除缓存

读请求A查询数据库，得到一个旧值，写请求B将新值写入数据库，写请求B删除缓存，请求A将查询到的旧值写入数据库，这个时候缓存中就出现了脏数据。

但是这种情况发生的概率比较低，因为数据库的读操作一般比写操作快，所以操作1完成之后，马上就会进行操作4。所以最推荐就是这种方式。

删缓存还是写缓存？

现在我们发现，对缓存的操作有两种，一种是更新缓存，一种是删除缓存。其实一般采取的是删缓存，原因有两点：

并发环境下，无论是先操作数据库还是后操作数据库而言，如果加上更新缓存，那就更加容易导致数据库与缓存数据不一致问题。(删除缓存直接和简单很多)。
如果每次更新了数据库，都要更新缓存（这里指的是写多读少的场景），倒不如直接删除掉。等再次读取时，缓存里没有，就去数据库找，在数据库找到再写到缓存里边（体现懒加载）。

删除缓存失败

明确了删缓存的方案之后，现在面临最大的问题就是缓存删除失败了该怎么办，如果删除失败了就一定会出现不一致的情况，在这里，其实可以做一个保障删除缓存失败后重试的机制，请看方案5。

5. 订阅MySql的binlog日志，发送到消息队列再做删除

首先更新数据库的数据，数据库会将数据表数据的变更信息写入binlog日志中，监听到日志文件的变化后，把数据库变更信息发送到消息队列中，程序接收到消息队列中的数据，对缓存做删除。如果删除失败了，程序就把数据再次发送到消息队列中，再做一次删除，实现删除失败后的重试。

这种方案还有一种好处就是不会对业务代码造成过多的侵入，我们可以专门起一条协程来监听消息队列，如果收到消息队列中的数据，直接去删除对应的缓存即可，而不必在业务代码中去写。

方案的实现

下面我们来实现一下刚刚列举的最后一种方案：

1.mysql的配置

mysql需要开启binlog，首先查看一下mysql是否开启了binlog：

# 如果log_bin的值为OFF是未开启，为ON是已开启
SHOW VARIABLES LIKE '%log_bin%'

如果未开启的话，可以修改一下/etc/my.cnf：

[mysqld]
log-bin=mysql-bin
binlog-format=ROW
server_id=1

配置好之后重启一下mysql。

接着创建用于同步的mysql账号：

mysql -uroot -p password

create user canal@'%' IDENTIFIED by 'canal';
GRANT SELECT, REPLICATION SLAVE, REPLICATION CLIENT,SUPER ON *.* TO 'canal'@'%';
FLUSH PRIVILEGES;

2.rabbitmq的配置

我们把canal订阅的binlog更新信息发送到rabbitmq中，再由程序去读取。为了方便，将rabbitmq安装在docker中。

首先创建一个目录用于与容器中的rabbitmq配置文件形成映射：

mkdir /opt/module/rabbitmq/data -p

接着在docker中运行rabbitmq镜像：

# 5672是rabbitmq 默认TCP监听端口，到时候程序连接的也是这个端口
# 15672是rabbitmq提供的ui管理界面的端口
# 25672是rabbitmq集群之间通信的端口
# 如果docker跑在云服务器上，记得在安全组中开放5672和15672端口
docker run -d --hostname rabbit-svr --name rabbit -p 5672:5672 -p 15672:15672 -p 25672:25672 -v /opt/module/rabbitmq/data:/var/lib/rabbitmq rabbitmq:management

然后就可以在浏览器中访问rabbitmq的ui控制界面了，默认账号和密码都是guest：

我们先创建一个exchange，类型选择fanout：

接着创建一个queue用于监听exchang中的消息，创建好queue之后需要点进去绑定一下刚刚创建的canal.deleteCache：

3.canal配置

canal是阿里巴巴旗下的一款开源项目，纯Java开发。基于数据库增量日志解析，提供增量数据订阅&消费，目前主要支持了MySQL。

它可以订阅mysql的binlog日志，然后将更新的数据发送到消息队列中。

下载地址：https://github.com/alibaba/canal/releases/download/canal-1.1.5-alpha-2/canal.deployer-1.1.5-SNAPSHOT.tar.gz

由于这个工具是java开发的，所以我们还需要在linux环境下配置一下java环境，我配置的是jdk1.8。

首先将jdk目录放在/usr/local/java/目录下，接着编辑/etc/profile文件配置一下环境变量：

export JAVA_HOME=/usr/local/java/jdk1.8.0_181
export JRE_HOME=${JAVA_HOME}/jre
export CLASSPATH=.:${JAVA_HOME}/lib:${JRE_HOME}/lib
export PATH=${JAVA_HOME}/bin:$PATH

执行一下这个配置脚本：source /etc/profile。

执行echo $JAVA_HOME命令，可以看到jdk文件的路径：

自此，java的环境就配好了，接着来配置一下 canal：

先将.tar.gz文件解压到/opt/module/canal/目录下，首先来编辑conf/目录下的canal.properties文件：

canal.serverMode = rabbitMQrabbitmq.host = 127.0.0.1
rabbitmq.virtual.host = /
# rabbitmq 中新建的 Exchange
rabbitmq.exchange = canal.deleteCache
rabbitmq.username = guest
rabbitmq.password = guest

接着编辑conf/example/目录下的instance.properties文件：

canal.instance.master.address=127.0.0.1:3306# mysql中配置的用于同步的canal用户
canal.instance.dbUsername=canal
canal.instance.dbPassword=canal# rabbitmq中配置的 绑定的 routingkey，如果是topic模式就需要配置，fanout模式不用配置
# canal.mq.topic=test.routingKey# 指定要订阅哪个库下哪个表的更新记录，默认是今天所有库
# canal.instance.filter.regex=.*\\..*
canal.instance.filter.regex=cloud-disk.user_repository

在启动canal之前，最好把mysql的binlog文件清理一下，不然可能会出现匹配不到当前位置的错误：

mysql -uroot -p password

# 该命令会删除所有binlog
RESET MASTER;
# 删除mysql-bin.010之前所有日志
PURGE MASTER LOGS TO 'mysql-bin.010';
# 删除2003-04-02 22:46:26之前产生的所有日志
PURGE MASTER LOGS BEFORE '2003-04-02 22:46:26';

最后启动bin目录下的startup.sh脚本，查看logs/canal目录下的的canal.log，出现以下内容说明启动成功：

至此，环境准备完成。

4.测试数据

Go语言可以使用github.com/streadway/amqp库来操作rabbitmq，执行以下命令来安装：

go get github.com/streadway/amqp

然后我们对这个库做一个二次封装方便使用，将以下程序写到mq/rabbitmq.go中：

package mqimport ("encoding/json""github.com/streadway/amqp"
)// RabbitMQ RabbitMQ结构图
type RabbitMQ struct {channel  *amqp.ChannelName     stringexchange string
}// New 连接RabbitMQ服务，声明一个消息队列
func New(s, name string) *RabbitMQ {conn, e := amqp.Dial(s)if e != nil {panic(e)}ch, e := conn.Channel()if e != nil {panic(e)}q, e := ch.QueueDeclare(name,false,true,false,false,nil)if e != nil {panic(e)}mq := new(RabbitMQ)mq.channel = chmq.Name = q.Namereturn mq
}// Bind 消息队列绑定交换机
func (q *RabbitMQ) Bind(exchange, key string) {e := q.channel.QueueBind(q.Name,key,exchange,false,nil)if e != nil {panic(e)}q.exchange = exchange
}// Send 向消息队列发布消息
func (q *RabbitMQ) Send(queue string, body interface{}) {str, e := json.Marshal(body)if e != nil {panic(e)}e = q.channel.Publish("",queue,false,false,amqp.Publishing{ReplyTo: q.Name,Body:    []byte(str),})if e != nil {panic(e)}
}// Publish 向交换机发送消息
func (q *RabbitMQ) Publish(excahnge string, body interface{}) {str, e := json.Marshal(body)if e != nil {panic(e)}e = q.channel.Publish(excahnge,"",false,false,amqp.Publishing{ReplyTo: q.Name,Body:    []byte(str),})if e != nil {panic(e)}
}// Consume 消费消息
func (q *RabbitMQ) Consume() <-chan amqp.Delivery {c, e := q.channel.Consume(q.Name,"",true,false,false,false,nil)if e != nil {panic(e)}return c
}// Close 关闭连接
func (q *RabbitMQ) Close() {q.channel.Close()
}

然后创建一个WatchBinLog函数来获取mq中的数据，一旦监听到数据，就可以对缓存进行删除，如果缓存删除失败，就再次向绑定的exchange中发送binlog的更新信息，实现删除重试：

func WatchBinLog(conf config.Config) {q := New(config.Conf.RabbitMQ.RabbitURL, "queue.deleteCache")defer q.Close()q.Bind(config.Conf.RabbitMQ.CanalExchange, "")c := q.Consume()cacheDB := models.InitCacheDB(conf)conn := cacheDB.RedisPool.Get()for msg := range c {payload := getPayload(msg.Body)var err error// 监听到了mq发送过来的binlog变动，删除缓存_, err = conn.Do("HDEL", payload.UserIdentity, payload.ParentId+"file")_, err = conn.Do("HDEL", payload.UserIdentity, payload.ParentId+"folder")// 如果失败，往mq中重新发送if err != nil {logx.Error("删除缓存失败, payload: ", payload)retryMq := New(config.Conf.RabbitMQ.RabbitURL, "")retryMq.Publish(config.Conf.RabbitMQ.CanalExchange, string(msg.Body))}}
}

最后在main函数中起一个协程来运行WatchBinLog函数，不对业务代码进行侵入：

go mq.WatchBinLog(config.Conf)

程序启动之后，改变数据库中的数据，就会发现缓存会被自动删除。