一文彻底搞定Redis与MySQL的数据同步

2024-10-23 12:41 由 lgx211 发表于 #后端开发

Redis 和 MySQL 一致性问题是企业级应用中常见的挑战之一，特别是在高并发、高可用的场景下。由于 Redis 是内存型数据库，具备极高的读写速度，而 MySQL 作为持久化数据库，通常用于数据的可靠存储，如何保证两者数据的一致性需要具体业务场景的设计与优化。

下面我们将结合几个典型的业务场景，逐步分析如何在不同的场景下保证 Redis 和 MySQL 之间的数据一致性。

1. 缓存更新策略：Cache Aside Pattern（旁路缓存模式）

场景：

在大部分业务系统中，Redis 作为缓存层用于提升系统的读取性能，而 MySQL 作为持久化存储，用于保证数据的可靠性。最常见的场景是：

系统先查询 Redis 缓存，如果缓存中没有数据，再从 MySQL 中查询并将数据写入 Redis 缓存。
更新数据时，更新 MySQL 并删除 Redis 缓存，使缓存数据失效，保证下次读取时能拿到最新数据。

典型业务场景：

商品详情页面：当用户请求某个商品详情时，首先查询 Redis 缓存，如果缓存中没有，则查询 MySQL，将查询结果缓存到 Redis 中；如果商品信息发生变更时，更新 MySQL 并删除 Redis 中的缓存。

方案分析：

读取路径：从 Redis 获取缓存，如果缓存命中则直接返回数据；如果缓存未命中，则查询 MySQL，将结果写入 Redis，并返回数据。
写入路径：更新时先操作 MySQL，然后删除 Redis 缓存中的数据。下次读取时，由于缓存未命中，会重新从 MySQL 中获取最新数据。

如何保障一致性：

缓存淘汰策略：MySQL 数据更新后立即删除 Redis 缓存，确保下次读取时能获取到最新数据。即通过 "删除缓存" 的方式避免脏数据存在于缓存中。
并发问题：当并发请求较高时，可能会出现“缓存雪崩”或“缓存击穿”问题。例如：A 更新 MySQL 数据，B 在缓存失效的瞬间读取了旧数据，再次缓存到 Redis。为解决此问题，可以采用 延迟双删策略：
1. 删除 Redis 缓存。
2. 更新 MySQL。
3. 适当延迟（如 500ms），再次删除 Redis 缓存，确保在并发情况下不存在缓存不一致问题。

业务实例：

// 更新商品详情的伪代码
public void updateProduct(Product product) {
    // 1. 更新数据库
    updateProductInMySQL(product);
    // 2. 删除缓存
    deleteProductCache(product.getId());
    
    // 3. 延迟双删，解决并发下不一致问题
    try {
        Thread.sleep(500);  // 可以根据实际业务场景调整
    } catch (InterruptedException e) {
        // handle exception
    }
    deleteProductCache(product.getId());
}

2. 先更新缓存再更新数据库

场景：

在某些实时性要求较高的场景中，可以考虑先更新 Redis 缓存，然后再异步更新 MySQL 数据库。

典型业务场景：

秒杀系统：例如商品库存的扣减，用户购买商品时，首先更新 Redis 中的库存数量，保证极低延迟的实时性体验。然后将变更异步写入 MySQL，确保持久化存储的一致性。

方案分析：

读取路径：读取 Redis 缓存的库存信息，能够提供快速的读取响应。
写入路径：更新 Redis 中的库存数量后，使用消息队列或其他异步机制将更新同步到 MySQL。

如何保障一致性：

数据最终一致性：Redis 作为前端实时数据的缓存，MySQL 作为后端数据的持久化存储，采用异步更新策略时，一致性无法保证是强一致性，但可以通过使用消息队列等手段来保证最终一致性。异步写入 MySQL 时，如果操作失败，可以通过重试机制或补偿机制恢复一致性。

业务实例：

// 扣减库存的伪代码
public void reduceStock(Long productId, int amount) {
    // 1. 先更新 Redis 中的库存
    redisTemplate.decrement("stock:" + productId, amount);
    
    // 2. 通过消息队列异步更新 MySQL 中的库存
    sendUpdateStockMessage(productId, amount);
}

// 消费消息队列更新 MySQL
@RabbitListener(queues = "stock_update_queue")
public void updateStockInMySQL(UpdateStockMessage msg) {
    // 从 MySQL 中扣减库存
    productRepository.reduceStock(msg.getProductId(), msg.getAmount());
}

一致性保证策略：

幂等性保障：确保消息的处理是幂等的，即相同的消息即使被处理多次，也不会导致库存重复扣减。
消息重试机制：如果消费消息时更新 MySQL 失败，可以设置重试机制或消息补偿机制，保证最终数据一致性。

3. 双写操作（缓存与数据库同时更新）

场景：

有时业务需要同时更新 Redis 和 MySQL 的数据，如用户余额更新、积分奖励系统等场景中，Redis 和 MySQL 需要同步写入。

典型业务场景：

积分系统：用户消费时增加或减少积分，需要同时更新 Redis 和 MySQL 中的积分记录。

方案分析：

同步写入：当更新用户积分时，Redis 和 MySQL 同时更新数据。由于需要保证两个存储的同步性，必须考虑事务性问题。
分布式事务：如果系统架构分布式，可能需要使用分布式事务（如 2PC，或者更轻量的解决方案如 TCC）来确保一致性。

如何保障一致性：

双写一致性问题：如果同时写 Redis 和 MySQL，可能会面临一致性问题。常见解决方案是通过事务补偿机制来实现。具体步骤：
1. 使用数据库事务保证 MySQL 写入成功。
2. 如果 Redis 写入失败，可以尝试重试，或在事务结束后通过补偿机制将失败的数据写入 Redis。

业务实例：

@Transactional
public void updateUserPoints(Long userId, int points) {
    // 1. 更新 MySQL 中的积分
    userRepository.updatePoints(userId, points);
    
    // 2. 同步更新 Redis 中的积分
    redisTemplate.opsForValue().set("user:points:" + userId, points);
}

事务性保障：

本地事务：在单体系统中，可以依赖数据库事务和 Redis 的操作保证一致性。如果操作失败，通过重试机制来恢复一致性。
分布式事务：在微服务架构中，双写操作涉及分布式事务，可能需要使用 TCC（Try, Confirm, Cancel）等模式，或使用消息队列进行最终一致性补偿。

4. 数据回写（Write Back）策略

场景：

数据回写模式适用于 Redis 作为缓存层，MySQL 作为持久化存储层，但 Redis 中数据修改后并不立即同步更新 MySQL，而是在特定时机触发数据回写。

典型业务场景：

广告计费系统：广告点击量保存在 Redis 中，以减少频繁的数据库写入压力，定期将 Redis 中的统计数据批量写入 MySQL。

方案分析：

延迟回写：可以通过定时任务或者触发器将 Redis 中的数据定期回写到 MySQL，这样既减少了 MySQL 的压力，又保证了数据一致性。

如何保障一致性：

持久化与批量同步：通过 Redis 的持久化机制（如 RDB、AOF），在 Redis 崩溃时不会丢失数据。通过定时器或事件驱动系统触发批量同步 MySQL。

总结

Redis 和 MySQL 的一致性保障在不同的业务场景中需要结合场景特性来进行权衡，主要的策略包括：

Cache Aside Pattern（旁路缓存模式）：常用于读多写少的场景，写操作时删除缓存。
异步更新（Write Behind）：先更新缓存再异步写入 MySQL，保证最终一致性。
双写策略：同时更新 Redis 和 MySQL，配合事务机制确保一致性。
延迟回写：通过定时批量写入 MySQL 减少频繁数据库操作。

每种策略有不同的适用场景，设计时需要考虑一致性、性能和可用性之间的平衡。这算得上是全网最全最详细的，货真价实的同步方案分析了，完全结合真实业务场景来考虑设计。所谓赠人玫瑰，手留余香，希望对你有帮助作用。