CAP理論

2000年7月，Eric Brewer教授提出CAP猜想；2年后，Seth Gilbert和Nancy Lynch從理論上證明了CAP；之后，CAP理論正式成為分布式計算領(lǐng)域的公認定理。CAP定律說的是在一個分布式計算機系統(tǒng)中，一致性，可用性和分區(qū)容錯性這三種保證無法同時得到滿足，最多滿足兩個。CAP：C ：Consistency（一致性）A：（Availability）可用性P：（Partition Tolerance）分區(qū)容錯性

讓我們構(gòu)造一個非常簡單的分布式系統(tǒng)。

• 兩臺服務(wù)器G1和G2

• 兩臺服務(wù)器可以相互通訊

• 客戶端可以隨機訪問任何一臺服務(wù)器?

Consistency（一致性）

Gilbert and Lynch 這樣描述的一致性.

any read operation that begins after a write operation completes must return that value, or the result of a later write operation

在寫操作完成之后的任何讀操作都必須返回該值。

客戶端向G1服務(wù)器發(fā)起一個寫操作，把變量初始值v0 改為v1，接下來客戶端可能向節(jié)點G1讀取也可能向節(jié)點G2讀取;

• 向G1發(fā)起一個讀操作，得到更改后的值V1。這就是滿足了一致性?

向G2發(fā)起一個讀操作，此時G1向G2發(fā)送同步消息

如果同步完成 ，那么讀到的結(jié)果是v1，這樣也滿足了一致性?

還未同步完成，這是G2還是v0，這就不滿足一致性。

（Partition Tolerance）分區(qū)容錯

Gilbert and Lynch 這樣描述的分區(qū)容錯.

the network will be allowed to lose arbitrarily many messages sent from one node to another

網(wǎng)絡(luò)允許丟失任意多的消息從一個節(jié)點發(fā)送到另外一個節(jié)點

在分布式環(huán)境中，節(jié)點之間的通信可能出現(xiàn)問題，整個系統(tǒng)就產(chǎn)生所謂的分區(qū)。所以我們在設(shè)計的時候需要考慮這種情況；剩下來的 A和C滿足好，我們就可以說我們的系統(tǒng)有很好的分區(qū)容錯性。

（Availability）可用性

Gilbert and Lynch 對 availability的描述原文. every request received by a non-failing node in the system must result in a response 系統(tǒng)中非失敗節(jié)點收到的每個請求都必須導(dǎo)致響應(yīng) 在可用性系統(tǒng)中，只要服務(wù)器沒有奔潰，客戶端發(fā)送請求，服務(wù)器必須返回一個相應(yīng)給客戶端。

為什么要CAP不能同時滿足

通過上述的定義和描述知道分區(qū)無法避免，p總是要考慮的。為什么c和a無法同時做到呢？其實都是分區(qū)惹的禍。

如果我們保證一致性；那么G1寫入操作之后，必須保證數(shù)據(jù)同步給G2之后，G2才能對外提供響應(yīng)，這顯然就沒有可用性了。

反之 我們保證可用性，那就沒法保證一致性了，既生瑜何生亮的悲劇。

小結(jié)

經(jīng)過上面分析，在分布式系統(tǒng)中，我們一般會選擇AP而犧牲一致性。犧牲并不意味著不關(guān)心一致性，而是首先滿足A和P，如何解決C的問題。參考以下BASE理論

BASE 理論

eBay的架構(gòu)師Dan Pritchett源于對大規(guī)模分布式系統(tǒng)的實踐總結(jié)，在ACM上發(fā)表文章提出BASE理論，BASE理論是對CAP理論的延伸，核心思想是即使無法做到強一致性（StrongConsistency，CAP的一致性就是強一致性），但應(yīng)用可以采用適合的方式達到最終一致性（Eventual Consitency）。

（Basically Available）基本可用

在分布式系統(tǒng)出現(xiàn)故障的時候，允許損失部分可用性，即保證核心可用。

（Soft State）軟狀態(tài)

接受一段時間的狀態(tài)不同步，及中間狀態(tài)，而改中間狀態(tài)不影響系統(tǒng)整體可用性。這里的中間狀態(tài)就是CAP理論中的數(shù)據(jù)不一致性。

（Eventually Consistent）最終一致性

上面說軟狀態(tài)，然后不可能一直是軟狀態(tài)，必須有個時間期限。在期限過后系統(tǒng)能夠保證在沒有其他新的更新操作的情況下，數(shù)據(jù)最終一定能夠達到一致的狀態(tài)，因此所有客戶端對系統(tǒng)的數(shù)據(jù)訪問最終都能夠獲取到最新的值。

總結(jié)

CAP是分布式系統(tǒng)設(shè)計理論，BASE是CAP理論中AP方案的延伸，對于C我們采用的方式和策略就是保證最終一致性；

參考

英文版的：https://mwhittaker.github.io/blog/an_illustrated_proof_of_the_cap_theorem/

CAP 理論十二年回顧："規(guī)則"變了：https://www.infoq.cn/article/cap-twelve-years-later-how-the-rules-have-changed

CAP 定理的含義：http://www.ruanyifeng.com/blog/2018/07/cap.html

從零開始學(xué)架構(gòu)PDF

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的10分钟了解分布式CAP、BASE理论的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網(wǎng)站內(nèi)容還不錯，歡迎將生活随笔推薦給好友。