分布式理論（一） CAP理論

一．CAP理論前言

??????CAP原則又稱為CAP理論，主要思想是在任何一個分布式系統(tǒng)中都無法同時滿足CAP。

C（Consistency）：表示一致性，所有的節(jié)點同一時間看到的是相同的數(shù)據(jù)。

A（Avaliablity）：表示可用性，不管是否成功，確保一個請求都能接收到響應(yīng)。

P（Partion Tolerance）：分區(qū)容錯性，系統(tǒng)任意分區(qū)后，在網(wǎng)絡(luò)故障時，仍能操作。

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如上所述，正如Gilbert認(rèn)為，一致性其實就是關(guān)系型數(shù)據(jù)庫所講的ACID，一個用戶請求要么是成功，要么是失敗的，不能有處于一個中間狀態(tài)；一旦一個事務(wù)完成，將來所有事務(wù)都必須基于這個完成后的狀態(tài)；未完成的事務(wù)不會互相影響；一旦一個事務(wù)完成，就是持戒的。可用性其實就是對于一個系統(tǒng)而言，所有的請求都應(yīng)該“成功”并且收到“響應(yīng)”。分區(qū)容錯性其實就是指分布式系統(tǒng)的容錯性，一個節(jié)點出現(xiàn)了故障，不影響整個集群的正常使用。

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二．CAP理論介紹

??????如圖，在一個網(wǎng)絡(luò)中，N1和N2即分布式系統(tǒng)中的兩個節(jié)點，他們都共享數(shù)據(jù)塊V，其中有一個值是為V0。

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l?在滿足一致性的時候，A中的V0應(yīng)該和B中的V0保持一致的，即V0=V0

l?在滿足可用性的時候，無論請求訪問A或者是B都應(yīng)該得到響應(yīng)。

l?在滿足分區(qū)可用性的時候，A和B隨便一個出現(xiàn)宕機或者網(wǎng)絡(luò)不通的情況下，都不應(yīng)該影響整個系統(tǒng)的可用性。

上述描述如果A程序更新V0值為V1，然后在更新B上的副本為V1，當(dāng)一個請求訪問B時，得到的結(jié)果是V1。如下圖所示：

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但是分布式系統(tǒng)中，有些時候這些并不能按照你想的這樣進行，在分布式系統(tǒng)中通常情況下網(wǎng)絡(luò)是分區(qū)的，如果出現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)延遲，導(dǎo)致N1上更新的消息無法到達N2上，即N2上的數(shù)據(jù)副本依然是V0，當(dāng)一個請求訪問B時，獲取到的結(jié)果是V0，而訪問A時，獲取到的結(jié)果是V1，這就導(dǎo)致了在用戶看來是同一個請求，得到的結(jié)果是不一樣的。如下圖

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在這個時候，方案的設(shè)計者就應(yīng)該在這里做出兩種選擇：

（1）犧牲數(shù)據(jù)一致性，保證可用性。響應(yīng)舊的數(shù)據(jù)V0給用戶。

（2）犧牲可用性，保證數(shù)據(jù)一致性。阻塞等待，直到網(wǎng)絡(luò)連接恢復(fù)，數(shù)據(jù)更新操作M完成之后，再給用戶響應(yīng)最新的數(shù)據(jù)V1

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三．CAP之間取舍

接下來我們就談一談CAP，這三者之間是如何取舍的：

（1）CA without P

如果不要求P（不允許分區(qū)），則C（強一致性）和A（可用性）是可以保證的。但其實分區(qū)不是你想不想的問題，而是始終會存在，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。

常見模型例子：

單站點數(shù)據(jù)庫；集群數(shù)據(jù)庫等，網(wǎng)上找的還有：LDAP協(xié)議，xFS文件系統(tǒng)

實現(xiàn)方式：

兩階段提交；緩存驗證協(xié)議

（2） CP without A

如果不要求A（可用），相當(dāng)于每個請求都需要在節(jié)點之間強一致，而P（分區(qū)）會導(dǎo)致同步時間無限延長，如此CP也是可以保證的。很多傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫分布式事務(wù)都屬于這種模式，以及Zookeeper等中間件

常見模型例子：

分布式數(shù)據(jù)庫；分布式鎖；大部分的協(xié)議；Zookeeper

實現(xiàn)方式：

悲觀鎖；少數(shù)分區(qū)不可用

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（3） AP wihtout 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)點之間可能會失去聯(lián)系，為了高可用，每個節(jié)點只能用本地數(shù)據(jù)提供服務(wù)，而這樣會導(dǎo)致全局?jǐn)?shù)據(jù)的不一致性。現(xiàn)在眾多的NoSQL都屬于。

?????常見模型例子：

?????Web緩存；DNS；NoSQL；

?????實現(xiàn)方式：

?????到期或者租賃；解決沖突；樂觀鎖

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CAP的意義：

在系統(tǒng)架構(gòu)時，應(yīng)該根據(jù)具體的業(yè)務(wù)場景來權(quán)衡CAP，就拿大多數(shù)的門戶網(wǎng)站來說，因為機器數(shù)量龐大，部署節(jié)點分散，網(wǎng)絡(luò)故障時常態(tài)，可用性是必須要保證的，所以在設(shè)計的時候就會考慮舍棄一些一致性而選擇AP模型。但是對于數(shù)據(jù)一致性較高的銀行系統(tǒng)來說，可以用于系統(tǒng)臨時不可用，但是數(shù)據(jù)必須要保持一致來說，選擇CP模型無可厚非。

轉(zhuǎn)載于:https://www.cnblogs.com/lovegrace/p/11391842.html

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的分布式理论(一)CAP 理论的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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