memcached（十九）并发原语CAS与GETS操作

最近笔者自己的项目中，遇到了乐观锁的需求。但是redis没有这个操作，无奈，看了memcache天然的支持这种并发原语，即：GETS和CAS操作。因此准备打算继续使用REDIS，业务没有那么强的时序执行要求，因此可以使用没有CAS的算法在某种程度上解决。

我们为什么要使用这种并发原语呢？如果是单机版的，我们可以通过通过加锁同步就可以解决执行时序的问题。但是我们的应用是分布式的，无状态的应用服务器通过负载均衡，部署到了多台。加锁也解决不了多台服务器的时序执行。

如果不采用CAS，则有如下的情景：

第一步，A取出数据对象X；

第二步，B取出数据对象X；

第三步，B修改数据对象X，并将其放入缓存；

第四步，A修改数据对象X，并将其放入缓存。

我们可以发现，第四步中会产生数据写入冲突。

如果采用CAS协议，则是如下的情景。

第一步，A取出数据对象X，并获取到CAS-ID1；

第二步，B取出数据对象X，并获取到CAS-ID2；

第三步，B修改数据对象X，在写入缓存前，检查CAS-ID与缓存空间中该数据的CAS-ID是否一致。结果是“一致”，就将修改后的带有CAS-ID2的X写入到缓存。

第四步，A修改数据对象Y，在写入缓存前，检查CAS-ID与缓存空间中该数据的CAS-ID是否一致。结果是“不一致”，则拒绝写入，返回存储失败。

我们可以通过重试，或者其他业务逻辑解决第四步设置失败的问题。

没有CAS的方案

一般使用redis用这个算法，可以从某种程度上保证时序性。

SETNXkeyvalue

将key的值设为value，当且仅当key不存在。

返回值：

设置成功，返回1。

设置失败，返回0。

if (memcache.get(key) == null) {
    // 3 min timeout to avoid mutex holder crash
    if (memcache.add(key_mutex, 3 * 60 * 1000) == true) {
        value = db.get(key);
        memcache.set(key, value);
        memcache.delete(key_mutex);
    } else {
        sleep(50);
        retry();
    }
}

最初的解决方案：

利用memcached的add操作的原子性来控制并发，具体方式如下：

1.申请锁：在校验是否创建过活动前，执行add操作key为key，如果add操作失败，则表示有另外的进程在并发的为该key创建活动，返回创建失败。否则表示无并发

2.执行创建活动

3.释放锁：创建活动完成后，执行delete操作，删除该key。

问题：

1.memcached中存放的值有有效期，即过期后自动失效，如add过M1后，M1失效，可以在此add成功

2.即使通过配置，可以使memcached永久有效，即不设有效期，memcached有容量限制，当容量不够后会进行自动替换，即有可能add过M1后，M1被其他key值置换掉，则再次add可以成功。

3.此外，memcached是基于内存的，掉电后数据会全部丢失，导致重启后所有memberId均可重新add。

解决方案

针对上述的几个问题，根本原因是add操作有时效性，过期，被替换，重启，都会是原来的add操作失效。解决该问题有方法

1.减轻时效性的影响，使用memcachedCAS（checkandset）方式。

使用CAS的方案

CAS的基本原理

基本原理非常简单，一言以蔽之，就是“版本号”。每个存储的数据对象，多有一个版本号。我们可以从下面的例子来理解：

final GetsResponse<Object> response = memcachedClient.gets("key");
boolean flag = memcachedClient.cas("key", new CASOperation<Object>() {
    @Override
    public int getMaxTries() {
        //重试次数
        return 1;
    }

    @Override
    public Object getNewValue(long currentCAS,
                               Object currentValue) {
        oldCAS = response.getCas();
        if (checkCAS()) {//比较CAS值
            value = db.get(key);
            return value;
        }else{
            //抛出异常，或者其他业务逻辑
        }
        
    }
});
}

memcached（十九）并发原语CAS与GETS操作

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