缓存和数据库，1+1如何大于2？

一、缓存的本质

        缓存，简单说就是为了节约对原始资源重复获取的开销，而将结果数据副本存放起来以供获取的方式。

        首先，缓存往往针对的是“资源”。我们前面已经多次提到过，当某一个操作是"幂等"的和“安全"的，那么这样的操作就可以被抽象为对"资源"的获取操作，那么它才可以考虑被缓存。有些操作不幂等、不安全，比如银行转账，改变了目标对象的状态，自然就难以被缓存。

        其次，缓存数据必须是“重复"获取的。缓存能生效的本质是空间换时间。也就是说，将曾经出现过的数据以占据缓存空间的方式存放下来，在下一次的访问时直接返回，从而节约了通过原始流程访问数据的时间。有时候，某些资源的获取行为本身是幂等的和安全的，但实际应用上却不会"重复"获取，那么这样的资源是无法被设计成真正的缓存的。我们把一批数据获取中，通过缓存获得数据的次数，除以总的次数，得到的结果,叫做缓存的命中率。

        再次，缓存是为了解决“开销”的问题。这个开销，可不只有时间的开销。虽然我们在很多情况下讲的开销，确实都是在时间维度上的，但它还可以是CPU、网络、I/O等一切资源。例如我们有时在Web服务中增加一层缓存，是为了避免了对原始资源获取的时候，对数据库资源调用的开销。

二、缓存应用模式

2.1 旁路缓存模式

2.1.1 数据读写策略 

读数据时：

• 先读缓存，若缓存有数据，直接返回
• 若缓存没有，读数据库。若数据库有，将结果写入缓存，并返回结果
• 若数据库没有，就返回没有

写数据时：

• 先写数据库
• 再令对应的缓存失效

2.1.2 操作关键 

• 写数据时，必须先更新数据库，再令缓存失效

这个很容易理解，如果先令缓存失效了，而数据库还没来得及更新成功，那么假如这个时候有一个请求访问，他会直接击穿到数据库中，带着数据库的陈旧值去更新缓存，就会导致旧数据长期存在于缓存中，导致严重的数据不一致问题。

• 写数据时，更新完数据库之后，必须是让缓存失效，而不是更新缓存

为什么呢？如果此时更新的策略是更新缓存而不是令缓存失效，此时几乎同时发出的请求分别更新数据库中的值为A和B，结果是A的更新早于B，那么并不能保证这两个请求更新缓存时，顺序就是A早于B，就会导致缓存中的数据可能会长期是A值。

2.1.3 数据异常情形

读操作：

• 缓存读取异常，直接返回失败，没有数据不一致的情况
• 数据库读取异常，直接返回失败，没有数据不一致的情况
• 数据库读取成功，但是缓存写入失败，那么下一次读取同一数据的请求还会继续尝试写入，没有数据不一致的情况发生

写操作：

• 数据库写入失败，直接返回失败，没有数据不一致的情况
• 数据库写入成功，但是缓存失效的操作失败，这个问题发生了之后会非常麻烦，需要特殊处理来纠正（比如缓存数据和数据库不一致时配置告警、定期将数据库数据刷缓存）

2.2 缓存代理模式

        将缓存系统作为数据库的代理，应用的请求访问只能到缓存，数据库系统对应用来说是透明的。

 2.2.1 数据读写策略

读操作：

• 先读缓存，如果缓存中有数据，返回
• 如果缓存中没有数据，缓存查询数据库，并将结果写入自己，再返回给应用

写操作：

• 先写缓存
• 缓存再更新数据库
• 通知应用写入成功
  • 这里更新数据库有两种策略
  • 透写（write-through）：同步更新数据库完成之后再返回成功
  • 回写（write-back）：更新缓存之后就直接返回成功，异步更新数据库（支持批量更新，更新效率高，速率稳定；但是存在数据丢失风险）

2.2.2 操作关键点

• 缓存系统需要自己内部保证并发场景下，缓存更新的顺序和数据库更新的顺序一致，这个可以用乐观锁来保证

2.2.3 数据异常情形

读操作：

• 同旁路缓存模式，没有数据不一致情况

写操作：

• 如果缓存更新失败，直接返回失败，没有数据不一致情况
• 如果缓存更新成功，数据库更新失败，需要回滚