分布式計(jì)算的原理

分布式計(jì)算就是將計(jì)算任務(wù)分?jǐn)偟酱罅康挠?jì)算節(jié)點(diǎn)上，一 起完成海量的計(jì)算任務(wù)。而分布式計(jì)算的原理和并行計(jì)算 類(lèi)似，就是將一個(gè)復(fù)雜龐大的計(jì)算任務(wù)適當(dāng)劃分為一個(gè)個(gè) 小任務(wù)，任務(wù)并行執(zhí)行，只不過(guò)分布式計(jì)算會(huì)將這些任務(wù) 分配到不同的計(jì)算節(jié)點(diǎn)上，每個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)只需要完成自己 的計(jì)算任務(wù)即可，可以有效分擔(dān)海量的計(jì)算任務(wù)。而每個(gè) 計(jì)算節(jié)點(diǎn)也可以并行處理自身的任務(wù)，更加充分利用機(jī)器 的CPU資源。最后再將每個(gè)節(jié)點(diǎn)的計(jì)算結(jié)果匯總，得到最 后的計(jì)算結(jié)果。

分布式計(jì)算的理論基礎(chǔ)

ACID原則

ACID是數(shù)據(jù)庫(kù)事務(wù)正常執(zhí)行的四個(gè)原則，分別指原子性、一致性、獨(dú)立性及持久性。

A（Atomicity）—— 原子性 原子性很容易理解，也就是說(shuō)事務(wù)里的所有操作要么全部做完，要么都不做，事務(wù)成功的條件是事務(wù)里的所有操作都成功，只要有一個(gè)操作失 敗，整個(gè)事務(wù)就失敗，需要回滾。 例如銀行轉(zhuǎn)賬，從A賬戶(hù)轉(zhuǎn)100元至B賬戶(hù)，分為兩個(gè)步驟：①?gòu)腁賬戶(hù)取 100元；②存入100元至B賬戶(hù)。 這兩步要么一起完成，要么一起不完成，如果只完成第一步，第二步失 敗，錢(qián)會(huì)莫名其妙少了100元。

C（Consistency）—— 一致性 一致性也比較容易理解，也就是說(shuō)數(shù)據(jù)庫(kù)要一直處于一致的狀態(tài)，事務(wù)的運(yùn)行不會(huì)改變數(shù)據(jù)庫(kù)原本的一致性約束。 例如現(xiàn)有完整性約束a + b = 10，如果一個(gè)事務(wù)改變了a，那么必須得改變 b，使得事務(wù)結(jié)束后依然滿(mǎn)足a + b = 10，否則事務(wù)失敗。

I（Isolation）—— 獨(dú)立性 所謂的獨(dú)立性是指并發(fā)的事務(wù)之間不會(huì)互相影響，如果一個(gè)事務(wù)要訪(fǎng)問(wèn) 的數(shù)據(jù)正在被另外一個(gè)事務(wù)修改，只要另外一個(gè)事務(wù)未提交，它所訪(fǎng)問(wèn) 的數(shù)據(jù)就不受未提交事務(wù)的影響。 例如交易是從A賬戶(hù)轉(zhuǎn)100元至B賬戶(hù)，在這個(gè)交易還未完成的情況下，如 果此時(shí)B查詢(xún)自己的賬戶(hù)，是看不到新增加的100元的。

D（Durability）—— 持久性 持久性是指一旦事務(wù)提交后，它所做的修改將會(huì)永久保存在數(shù)據(jù)庫(kù)上， 即使出現(xiàn)宕機(jī)也不會(huì)丟失。 這些原則解決了數(shù)據(jù)的一致性、系統(tǒng)的可靠性等關(guān)鍵問(wèn)題，為關(guān)系數(shù)據(jù) 庫(kù)技術(shù)的成熟以及在不同領(lǐng)域的大規(guī)模應(yīng)用創(chuàng)造了必要的條件。

CAP理論

一個(gè)分布式系統(tǒng)最多只 能同時(shí)滿(mǎn)足一致性（Consistency）、可用 性（Availability）和分區(qū)容錯(cuò)性（Partition tolerance）這三項(xiàng)中的兩項(xiàng)。

一致性
指“All nodes see the same data at the same time”，即更新操作成功并返 回客戶(hù)端完成后，所有節(jié)點(diǎn)在同一時(shí)間的數(shù)據(jù)完全一致。對(duì)于一致性，可以分 為從客戶(hù)端和服務(wù)端兩個(gè)不同的視角來(lái)看。

• 從客戶(hù)端來(lái)看，一致性主要指多并發(fā)訪(fǎng)問(wèn)時(shí)更新過(guò)的數(shù)據(jù)如何獲取的問(wèn)題。
• 從服務(wù)端來(lái)看，則是如何將更新復(fù)制分布到整個(gè)系統(tǒng)，以保證數(shù)據(jù)的最終一 致性問(wèn)題。

可用性

• 指“Reads and writes always succeed”，即服務(wù)一直可用，而且是 在正常的響應(yīng)時(shí)間內(nèi)。對(duì)于一個(gè)可用性的分布式系統(tǒng)，每一個(gè)非故障的節(jié)點(diǎn) 必須對(duì)每一個(gè)請(qǐng)求作出響應(yīng)。也就是該系統(tǒng)使用的任何算法必須最終終止
• 當(dāng)同時(shí)要求分區(qū)容錯(cuò)性時(shí)，這是一個(gè)很強(qiáng)的定義：即使是嚴(yán)重的網(wǎng)絡(luò)錯(cuò)誤， 每個(gè)請(qǐng)求也必須終止。好的可用性主要是指系統(tǒng)能夠很好地為用戶(hù)服務(wù)，不 出現(xiàn)用戶(hù)操作失敗或者訪(fǎng)問(wèn)超時(shí)等用戶(hù)體驗(yàn)不好的情況。通常情況下可用性 和分布式數(shù)據(jù)冗余、負(fù)載均衡等有著很大的關(guān)聯(lián)。
  分區(qū)容錯(cuò)性
• 指“The system continues to operate despite arbitrary message loss or failure of part of the system”，也就是指分布式系統(tǒng)在遇到某節(jié)點(diǎn)或網(wǎng)絡(luò) 分區(qū)故障的時(shí)候，仍然能夠?qū)ν馓峁M(mǎn)足一致性和可用性的服務(wù)。
• 分區(qū)容錯(cuò)性和擴(kuò)展性緊密相關(guān)。在分布式應(yīng)用中，可能因?yàn)橐恍┓植际降脑?因?qū)е孪到y(tǒng)無(wú)法正常運(yùn)轉(zhuǎn)。好的分區(qū)容錯(cuò)性要求應(yīng)用雖然是一個(gè)分布式系統(tǒng)， 但看上去卻好像是一個(gè)可以運(yùn)轉(zhuǎn)正常的整體。例如現(xiàn)在的分布式系統(tǒng)中有某 一個(gè)或者幾個(gè)機(jī)器宕掉了，其他剩下的機(jī)器還能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)滿(mǎn)足系統(tǒng)需求， 或者是機(jī)器之間有網(wǎng)絡(luò)異常，將分布式系統(tǒng)分隔為獨(dú)立的幾個(gè)部分，各個(gè)部 分還能維持分布式系統(tǒng)的運(yùn)作，這樣就具有好的分區(qū)容錯(cuò)性。

CAP權(quán)衡

無(wú)法同時(shí)滿(mǎn)足一致性、可用性和分區(qū)容錯(cuò)性這三個(gè)特性，那應(yīng)該如何取舍呢？
（1）CA without P：如果不要求P（不允許分區(qū)），則C（強(qiáng)一致性）和A（可用 性）是可以保證的。但其實(shí)分區(qū)始終會(huì)存在，因此CA的系統(tǒng)更多的是允許分區(qū) 后各子系統(tǒng)依然保持CA。
（2）CP without A：如果不要求A（可用），相當(dāng)于每個(gè)請(qǐng)求都需要在Server之 間強(qiáng)一致，而P（分區(qū)）會(huì)導(dǎo)致同步時(shí)間無(wú)限延長(zhǎng)，如此CP也是可以保證的。很 多傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)分布式事務(wù)都屬于這種模式。
（3）AP without C：要高可用并允許分區(qū)，則需放棄一致性。一旦分區(qū)發(fā)生， 節(jié)點(diǎn)之間可能會(huì)失去聯(lián)系，為了高可用，每個(gè)節(jié)點(diǎn)只能用本地?cái)?shù)據(jù)提供服務(wù)， 而這樣會(huì)導(dǎo)致全局?jǐn)?shù)據(jù)的不一致性。現(xiàn)在眾多的NoSQL都屬于此類(lèi)。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的分布式——ACID原则 CAP理论的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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