在面試環(huán)節(jié)，經(jīng)常會(huì)問CAP、BASE等相關(guān)的分布式理論，其實(shí)這些名詞主要還是來自于分布式的一致性，今天主要介紹分布式一致性：強(qiáng)一致性、最終一致性、ACID、CAP等理論。

分布式一致性的背景

隨著分布式事務(wù)的出現(xiàn)，傳統(tǒng)的單機(jī)事務(wù)模型(ACID)已經(jīng)無法勝任，尤其是對(duì)于一個(gè)高訪問量、高并發(fā)的互聯(lián)網(wǎng)分布式系統(tǒng)來說。

如果我們要求嚴(yán)格一致性，很可能就需要犧牲掉系統(tǒng)的可用性，反之亦然。

如何構(gòu)建一個(gè)兼顧可用性和一致性的分布式系統(tǒng)成為了無數(shù)Java工程師探討的難題。

數(shù)據(jù)一致性的由來

一致性(Consistency)一直是分布式系統(tǒng)里一個(gè)很重要的話題。

在存儲(chǔ)系統(tǒng)中，為了避免數(shù)據(jù)丟失，我們都會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行持久化。

對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行持久化可以避免宕機(jī)帶來的數(shù)據(jù)丟失問題，但是不能解決單機(jī)永久性故障的問題。存儲(chǔ)系統(tǒng)作為基礎(chǔ)設(shè)施，在單機(jī)上持久化是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，我們需要將數(shù)據(jù)復(fù)制到多臺(tái)機(jī)器上以提升系統(tǒng)的可用性和可靠性。

一旦數(shù)據(jù)被復(fù)制到多個(gè)節(jié)點(diǎn)，那么就產(chǎn)生了一致性的問題。

分布式數(shù)據(jù)一致性的級(jí)別

1、強(qiáng)一致性

是最強(qiáng)的一致性模型，要求任何讀取操作都能讀取到最新的值，換句話說，要求任何寫入操作立即同步給所有進(jìn)程。

2、弱一致性

這種一致性級(jí)別約束了系統(tǒng)在寫入成功后，不承諾立即可以讀到寫入的值，也不久承諾多久之后數(shù)據(jù)能夠達(dá)到一致，但會(huì)盡可能地保證到某個(gè)時(shí)間級(jí)別(比如秒級(jí)別)后，數(shù)據(jù)能夠達(dá)到一致狀態(tài)。

3、最終一致性

最終一致性是弱一致性的一個(gè)特例，系統(tǒng)會(huì)保證在一定時(shí)間內(nèi)，能夠達(dá)到一個(gè)數(shù)據(jù)一致的狀態(tài)。

這里之所以將最終一致性單獨(dú)提出來，是因?yàn)樗侨跻恢滦灾蟹浅Ｍ瞥绲囊环N一致性模型，也是業(yè)界在大型分布式系統(tǒng)的數(shù)據(jù)一致性上比較推崇的模型。

一致性相關(guān)的理論

關(guān)系式數(shù)據(jù)庫ACID

ACID是數(shù)據(jù)庫(MySQL)事務(wù)正確執(zhí)行所必須滿足的四個(gè)特性的首字母縮寫。

1.Atomicity(原子性)

一個(gè)事務(wù)的所有操作，要么全部完成，要么全部不完成。

所謂事務(wù)，是指由一系列數(shù)據(jù)操作所組成的完整邏輯過程。比如銀行轉(zhuǎn)賬事務(wù)由兩個(gè)操作組成：從源賬戶扣除金額，以及向目標(biāo)賬戶增加金額。

2.Consistency(一致性)

指事務(wù)開始之前和事務(wù)結(jié)束之后，數(shù)據(jù)的完整性約束沒有被破壞。

包含兩層含義：

a)數(shù)據(jù)庫機(jī)制層面，事務(wù)執(zhí)行前后，數(shù)據(jù)能符合設(shè)置的約束，如唯一約束、外鍵約束；

b)業(yè)務(wù)層面，由應(yīng)用開發(fā)人員保證業(yè)務(wù)一致性。還是以銀行轉(zhuǎn)賬為例，A、B兩個(gè)賬號(hào)，轉(zhuǎn)賬之前和之后，A、B兩個(gè)賬號(hào)余額總額必須一致。

3.Isolation(隔離性)

數(shù)據(jù)庫能夠防止由于多個(gè)并發(fā)事務(wù)交叉執(zhí)行而導(dǎo)致數(shù)據(jù)的不一致。

4.Durability(持久性)

指事務(wù)結(jié)束后，對(duì)數(shù)據(jù)的修改是永久的，不會(huì)回滾到之前的狀態(tài)。

CAP理論

在分布式系統(tǒng)中，也有類似數(shù)據(jù)庫ACID的特性，那就是CAP，他們分別是：

1.Consistency 一致性

強(qiáng)調(diào)進(jìn)群節(jié)點(diǎn)中數(shù)據(jù)一致。在分布式中一致性又包括強(qiáng)一致性和弱一致性，強(qiáng)一致性就是指在任何時(shí)刻任何節(jié)點(diǎn)看到的數(shù)據(jù)都是一樣的；

弱一致性一般實(shí)現(xiàn)是最終一致性，即剛開始可能存在差異，但隨著時(shí)間的推移，最終數(shù)據(jù)保持一致。

2.Availability 可用性

強(qiáng)調(diào)集群在任何時(shí)間內(nèi)都正常使用

3.Partition Tolerance 分區(qū)容錯(cuò)性

即使某一部分集群壞掉，另一部分仍能正常工作。

這三個(gè)特性只能滿足其中兩個(gè)，犧牲另一個(gè)。大部分系統(tǒng)也都是如此：

一般來說分布式集群都會(huì)保證P優(yōu)先，即集群部分節(jié)點(diǎn)壞死不影響整個(gè)集群的使用，然后再去追求C和A。因?yàn)槿绻艞塒——分區(qū)可用性，那不如就直接使用多個(gè)傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫了。事實(shí)上，很多微服務(wù)分庫分表就是這個(gè)道理。

如果追求強(qiáng)一致性，那么勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致可用性下降。比如在Master-Slave的場(chǎng)景中，Master負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)寫入，然后分發(fā)給各個(gè)節(jié)點(diǎn)，所有節(jié)點(diǎn)都寫入成功，才算寫入，這樣保證了強(qiáng)一致性，但是延遲也會(huì)隨之增加，導(dǎo)致可用性降低。

因此在可用性和一致性之間，就出現(xiàn)了各種解決方案，如時(shí)序一致性、最終一致性等等。

BASE理論

BASE理論是對(duì)CAP理論的延伸,核心思想是即使無法做到強(qiáng)一致性(Strong Consistency,CAP的一致性就是強(qiáng)一致性),但應(yīng)用可以采用適合的方式達(dá)到最終一致性(Eventual Consitency)。

BASE是指基本可用(Basically Available)、軟狀態(tài)( Soft State)、最終一致性( Eventual Consistency)。

1.基本可用(Basically Available)

基本可用是指分布式系統(tǒng)在出現(xiàn)故障的時(shí)候,允許損失部分可用性,即保證核心可用。

電商大促時(shí),為了應(yīng)對(duì)訪問量激增,部分用戶可能會(huì)被引導(dǎo)到降級(jí)頁面,服務(wù)層也可能只提供降級(jí)服務(wù)，這就是損失部分可用性的體現(xiàn)。

2.軟狀態(tài)( Soft State)

軟狀態(tài)是指允許系統(tǒng)存在中間狀態(tài),而該中間狀態(tài)不會(huì)影響系統(tǒng)整體可用性。

分布式存儲(chǔ)中一般一份數(shù)據(jù)至少會(huì)有三個(gè)副本,允許不同節(jié)點(diǎn)間副本同步的延時(shí)就是軟狀態(tài)的體現(xiàn)。mysql replication的異步復(fù)制也是一種體現(xiàn)。

3.最終一致性( Eventual Consistency)

最終一致性是指系統(tǒng)中的所有數(shù)據(jù)副本經(jīng)過一定時(shí)間后,最終能夠達(dá)到一致的狀態(tài)。

弱一致性和強(qiáng)一致性相反,最終一致性是弱一致性的一種特殊情況。

BASE和ACID代表兩種截然相反的設(shè)計(jì)理念，ACID注重一致性，是傳統(tǒng)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(MySQL)的設(shè)計(jì)思路，BASE關(guān)注高可用性。

當(dāng)今大規(guī)模、跨數(shù)據(jù)中心的分布式系統(tǒng)(如云計(jì)算)大多同時(shí)采用這兩種設(shè)計(jì)理念，并在兩者之間尋求平衡。

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以上就是分布式一致性理論的介紹，更多分布式架構(gòu)設(shè)計(jì)：Redis緩存、Dubbo、Kafka、秒殺專題，請(qǐng)參考如下：

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的base cap 分布式_高并发架构系列：详解分布式一致性ACID、CAP、BASE，以及区别的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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