OSCache 缓存重建在 Race Condition 下的 NRE 问题

 

一，现象：

高并发情况下，使用 OSCache 作为本地缓存中间件的前端服务，日志文件中会出现大量如下错误信息：

异常堆栈：

java.lang.IllegalStateException:   Cannot complete cache update   -   current state (2) is not UPDATE_IN_PROGRESS

         at com.opensymphony.oscache.base.EntryUpdateState.completeUpdate(EntryUpdateState.java:105)

         at com.opensymphony.oscache.base.Cache. completeUpdate (Cache.java:762)

         at com.opensymphony.oscache.base.Cache. putInCache (Cache.java:619)

         at com.opensymphony.oscache.base.Cache.putInCache(Cache.java:580)

         at com.opensymphony.oscache.general.GeneralCacheAdministrator.putInCache(GeneralCacheAdministrator.java:249)

         at com.opensymphony.oscache.general.GeneralCacheAdministrator.putInCache(GeneralCacheAdministrator.java:259)

 

二，NRE 背景：

无论你使用哪一种本地缓存中间件，如果你缓存数据片段时设置了过期时间，都需要考虑缓存失效后的缓存重建（repopulate the cache ）场景。

进一步必须考虑 Race Condition （同进程下多线程，或不同进程）下如何重建。

 

也就是说，某个线程在重建缓存过程中，其他线程发现缓存不存在或已过期，该如何处置？

 

从2005 年OSCache 的版本到现在，它一直这么声称：

    * @throws   NeedsRefreshException   Thrown when the object either

     * doesn't exist, or exists but is stale.   When this exception occurs,

     * the CacheEntry corresponding to the supplied key will be locked

     *   and other threads requesting this entry will potentially be blocked

     *   until the caller repopulates the cache . If the caller choses not

     * to repopulate the cache, they <em>must</em> instead call

     * {@link #cancelUpdate(String)}.

即，

当 key 不存在，或者存在但数据过期（stale ）时，

调用 getFromCache 函数时会抛出 NRE 异常；

当异常发生时，

对应于这个 key 的 CacheEntry 将被锁住，

而请求这个 entry 的其他线程将可能（注意，仅仅是可能） 被阻塞，直到调用者重建缓存。

如果调用者没有选择重建缓存，必须   调用 cancelUpdate 函数来“Cancels any pending update for this cache entry ”。

 

三，缓存重建的 OSCache 官方推荐做法：

读取缓存遇到 NRE 异常时，OSCache 官方推荐的做法是：

 1 String myKey = "myKey";

 2 String myValue;

 3 int myRefreshPeriod = 1000;

 4 try {

 5      // Get from the cache

 6      myValue = (String) admin. getFromCache (myKey, myRefreshPeriod);

 7 } catch ( NeedsRefreshException nre) {

 8      try {

 9          // Get the value (probably from the database)

10          myValue = "This is the content retrieved.";

11          // Store in the cache

12          admin. putInCache (myKey, myValue);

13      } catch (Exception ex) {

14          // We have the current content if we want fail-over.

15          myValue = (String) nre.getCacheContent();

16          // It is essential that cancelUpdate is called if the

17          // cached content is not rebuilt

18          admin. cancelUpdate (myKey);

19      }

20 }

即，本线程先试图重建缓存，如果再次发生异常，则本线程（不管三七二十一）直接调用 cancelUpdate 函数。

现在的一些 OSCache Manager 工具类， get 方法也就实现为一旦捕获 NRE 异常就直接 canelUpdate ：

1 public OSCache get(String key, int myRefreshPeriod){ 

2       try { 

3           return (OSCache) this .admin. getFromCache (key,myRefreshPeriod); 

4       } catch ( NeedsRefreshException ex){ 

5           this .admin. cancelUpdate (key); 

6           return null ; 

7       } 

8   }  

 

四，OSCache 在 Race Condition 下缓存重建的特殊场景

简单地说，就是：

线程1 正在重建缓存；

线程2 读取缓存时得到 NRE 异常，主动 cancel update ；

线程1 重建缓存完毕，却发现状态被改为了 UPDATE_CANCELLED ，与期望不符，于是抛出异常 java.lang.IllegalStateException  。

 

具体过程如下：

（0 ）缓存过期；

（1 ）线程 T1 获得 update lock ，并开始调用 putInCache 函数  ；

（2 ） 线程 T2 在 T1 没有结束 update 之前，也开始 getCacheEntry   了；

（3 ）T2 调用的 getCacheEntry 函数捕获  NeedsRefreshException  异常；

（4 ）T2 调用 cancelUpdate 函数来“取消所有试图更新本 cache entry 的操作”， 于是 EntryUpdateState 变为 UPDATE_CANCELLED ，它是一个正整数 2 ；

（5 ）T1 其实已经重建了缓存 ；

（6 ）T1 随后调用 completeUpdate （EntryUpdateState.java,93 行） 来通知那些等着本次更新操作的线程； 但 completeUpdate 函数却发现当前 EntryUpdateState  居然不等于 UPDATE_IN_PROGRESS （对应0 ），而是 UPDATE_CANCELLED （对应2 ），于是抛出异常 。即下面代码抛出的 IllegalStateException 异常，文字通常为：“ Cannot complete cache update - current state ( 2 ) is not UPDATE_IN_PROGRESS ”，其中的 2 就是指  UPDATE_CANCELLED ：

1.     /**  

2.      * Updates the state to <code>UPDATE_COMPLETE</code>. This should <em>only</em>  

3.      * be called by the thread that managed to get the update lock.  

4.      * @return the counter value after the operation completed  

5.      */   

6.     public   int  completeUpdate() {  

7.          if  (state != UPDATE_IN_PROGRESS) {  

8.              throw   new  IllegalStateException( "Cannot complete cache update - current state ("  + state +  ") is not UPDATE_IN_PROGRESS" );  

9.         }  

10.    

11.      state = UPDATE_COMPLETE;  

12.       return  decrementUsageCounter();  

13.  }  

 

总之，按目前 OSCacheManager 的做法，在高并发环境下，一旦一个 OSCache 缓存失效，而缓存的数据片段很大，那么很有可能让其他线程在 getFromCache 时有机会捕获 NRE 异常，最终导致做缓存重建的线程抛出 IllegalStateException 异常，虽然此时缓存已经重建完毕。