memcached使用中的竞争条件
by Robin Lu on Oct.25, 2007, about memcached, ruby, rubyonrails
在通过ruby的memcached-client使用memcached的过程中，遇到一些问题，数据更新时清除了缓存，缓存重建的时候却仍然是老数据，在并发密集的情况下更容易出现。研究了一下，类似这样典型的memcache使用方法：
Controller里：
...
def foo_action
...
unless d = Cache.get("key")
d = Data.find(...)
Cache.put("key", d)
end
...
end
...
Model里
...
def after_save
...
Cache.delete("key")
...
end
...
存在下面的竞争条件(race condition)：
存在两个rails应用实例（比如两个并发的mongrel）A和B,
- memcached清除过期缓存c。
- 实例A运行foo_action,发现缓存c不存在（Cache.get失败)，读取数据d。
- 实例B更新数据d’,清除过期缓存c（Cache.delete）。
- 实例A保存缓存c(Cache.put)，其中的数据是老数据d。
这时，再有数据访问缓存c的时候，c已经存在，到下一次缓存c被清除前，这个缓存都是存在问题的过期数据。不难看出，即使将第三步中的清除过期缓存c改成更新缓存c，c仍然会被实例A在第四步覆盖。
其实，memcached为了避免这种竞争条件，提供了一些便利的原子操作(参看memcached protocol):
“add” means “store this data, but only if the server *doesn’t* already
hold data for this key”.
“cas” is a check and set operation which means “store this data but
only if no one else has updated since I last fetched it.”
将第三步中的“清除过期缓存c”变成“用memcached set方法（也就是memcached-client中的Cache.put）来更新缓存c”，然后在第四步中始终用add方法来更新缓存c，就可以解决问题。也就是说，在能够确认数据是最新的地方，比如after save中，不采用Cache.delete，而直接用Cache.put来更新缓存，在不能确认是否是最新数据的其它地方，只使用Cache.add，就能保证过期数据不会在race condition下覆盖新数据。（更新：无论是Cache.delete还是Cache.put，放在after_save中仍然有问题，会因为activerecord的built-in transaction而破坏了数据的完整性，具体参见再谈rails缓存机制的问题)
memcached-client从1.4.0起才开始支持add方法，目前还不支持cas方法。不过add方法已经能够解决不少竞争条件了。如果你也有类似的问题，升级memcached-client，修改缓存更新策略吧。
6 Comments for this entry
2 Trackbacks / Pingbacks for this entry
-
好文推荐 程字(20071112)号 » 不合格的程序员
November 12th, 2007 on 8:20 pm[...] – memcached使用中的竞争条件 » 石锅拌饭 | 互联网 Mac & 软件开发，累计共2个收藏 ror中解决memcached缓存无法及时更新的问题。cas(clear and set) [...]
-
再谈rails缓存机制的问题 » 石锅拌饭 | 互联网 Mac & 软件开发
January 31st, 2008 on 7:54 pm[...] 我们首先怀疑是出现了类似“memcached使用中的竞争条件”中提到的问题，于是在缓存清除和创建的地方分别添加日志。结果很让我们吃惊，在after_save里用find取出的数据的确是新的，创建缓存的时间明显晚于after_save被调用的时间，但用同样的方法取出的数据却是旧的。 [...]
October 27th, 2007 on 5:43 pm
Thanks for sharing.
November 29th, 2007 on 12:37 am
大多数情况把取数据时候生成缓存的set改成add应该就够了
修改或删除数据时 如果需要set的话 又得去获取一次完整的缓存数据 直接delete 等取数据的时候再生成好了
这样应该会简单些
当然如果能很方便得到完整的需要缓存的数据 在修改后直接set更好 那样可以直接让下次被访问时就直接从缓存取数据
November 29th, 2007 on 8:42 am
楼上，请仔细阅读我的原文，你就能理解为什么不能在取数据的时候再生成。
直接把set改成add是不能解决问题的，除非你在add的时候能够确认你使用的是新数据，否则可能会把事情搞得更糟糕。
November 29th, 2007 on 12:06 pm
嗯 有竞争的时候确实是会有问题 但是可能被查询到的数据有上亿条 并且有各种组合 不可能把它们全部放进缓存 现在只是当个别被访问到的时候才进行缓存 然后设置一个过期时间 如果不在取数据的时候生成缓存 有什么好方法吗
不吝赐教
November 29th, 2007 on 1:12 pm
设置缓存的时候 数据是从master而不是slave数据库取 基本能保证数据是新的 在取出数据到设置缓存这一瞬间如果有并发的写 确实会有问题
November 29th, 2007 on 2:45 pm
对于你上面提到的情况，如果数据更新相对频繁，对展示准确性要求不是十分严格的情况下，可以通过缩短缓存过期时间来缓解这个问题。如果对数据一致性要求非常严格，可以配合cas方法来解决。cas方法为数据添加了“版本”信息，能解决更多的竞争问题。
目前ruby的memcached-client没有实现cas方法，需要自己实现。