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java高分面试指南：java单例模式双重检查

發(fā)布時(shí)間：2023/11/30 编程问答 53 豆豆

生活随笔收集整理的這篇文章主要介紹了 java高分面试指南：java单例模式双重检查小編覺(jué)得挺不錯(cuò)的,現(xiàn)在分享給大家,幫大家做個(gè)參考.

1. CAP 的由來(lái)

要理解 CAP，首先我們要清楚，為何會(huì)有人提出 CAP？他提出 CAP 是為了解決什么問(wèn)題？

時(shí)間回到 1985 年，彼時(shí)，后來(lái)證明了 CAP 理論的 Lynch 教授此時(shí)給當(dāng)時(shí)的 IT 界來(lái)了一記驚雷：

她通過(guò)不可辯駁的證明告訴業(yè)界的工程師們，如果在一個(gè)不穩(wěn)定（消息要么亂序要么丟了）的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境里（分布式異步模型），想始終保持?jǐn)?shù)據(jù)一致是不可能的。

這是個(gè)什么概念呢？就是她打破了那些既想提供超高質(zhì)量服務(wù)，又想提供超高性能服務(wù)的技術(shù)人員的幻想。

這本質(zhì)是在告訴大家，在分布式系統(tǒng)里，需要妥協(xié)。

但是，如何妥協(xié)？分布式系統(tǒng)里到底應(yīng)該怎么權(quán)衡這種 trade-off？

我們可以想象一下，在 CAP 定理提出之前，沒(méi)有這些方向性的指引，在設(shè)計(jì)和實(shí)施分布式系統(tǒng)時(shí)該有多么混亂。一套分布式系統(tǒng)是由多個(gè)模塊組成的，這些模塊本身可能由不同的開(kāi)發(fā)人員去完成。然而，對(duì)于這些人，在公共層面，竟然沒(méi)有一個(gè)原則去指導(dǎo)他們?cè)撛趺赐瓿蛇@套功能。

比如，我們?cè)谕絻蓚€(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)時(shí)，如果發(fā)生了錯(cuò)誤，到底我們應(yīng)該怎么做呢？如果沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和方向，那很可能在一套分布式系統(tǒng)中的不同模塊，會(huì)出現(xiàn)不同的處理情況。

假設(shè)一套系統(tǒng)，由 A、B 兩個(gè)模塊構(gòu)成。

A 模塊的設(shè)計(jì)理念是：節(jié)點(diǎn)間出現(xiàn)了問(wèn)題，它可能會(huì)選擇不斷的重試，一直等到節(jié)點(diǎn)通信恢復(fù)。

而 B 的設(shè)計(jì)理念是：節(jié)點(diǎn)間出現(xiàn)了問(wèn)題，它斷開(kāi)就是了，可能最多就記錄下?tīng)顟B(tài)，等以后處理。

可是，當(dāng) A、B 之間出現(xiàn)了通信怎么辦？那會(huì)出現(xiàn) A 往 B 發(fā)請(qǐng)求，出問(wèn)題會(huì)不斷重試。而 B 往 A 發(fā)請(qǐng)求，出問(wèn)題則直接斷開(kāi)的情況。

當(dāng)然，在后面我們會(huì)說(shuō)明，CAP 的理念在實(shí)際工程中，會(huì)允許這種不一致。可是，那種不一致是提前設(shè)計(jì)好和規(guī)劃好的，是根據(jù)實(shí)際數(shù)據(jù)的重要性和業(yè)務(wù)需求做的妥協(xié)，而不是這種混亂的妥協(xié)。

所以，IT 界的人們就一直在摸索，試圖找到一些綱領(lǐng)去指導(dǎo)分布式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，這一找就找了 15 年。

2000 年時(shí)，Eric Brewer 教授在 PODC 會(huì)議上提出了 CAP 理論，但是由于沒(méi)有被證明過(guò)，所以，當(dāng)時(shí)只能被稱(chēng)為 CAP 猜想。這個(gè)猜想引起了巨大的反響，因?yàn)?CAP 很符合人們對(duì)設(shè)計(jì)綱領(lǐng)的預(yù)期。

在 2002 年后，經(jīng)過(guò) Seth Gilbert 和 Nancy Lynch 從理論上證明了 CAP 猜想后，CAP 理論正式成為了分布式系統(tǒng)理論的基石之一。

2. CAP 到底是什么

CAP 定理表達(dá)了一個(gè)分布式系統(tǒng)里不可能同時(shí)滿(mǎn)足以下的三個(gè)特性：

2.1. C：數(shù)據(jù)一致性

什么是數(shù)據(jù)一致性？咋一看真的很讓人糊涂，一致性是什么？是指數(shù)據(jù)能一起變化，是能讓數(shù)據(jù)整齊劃一。

那么問(wèn)題又來(lái)了，數(shù)據(jù)何時(shí)會(huì)變化？數(shù)據(jù)怎么才能被稱(chēng)為一起變化？我們現(xiàn)在來(lái)回答這些問(wèn)題，當(dāng)我們搞清楚了這些問(wèn)題，那么對(duì)數(shù)據(jù)一致性就會(huì)有了清晰的理解。

首先第一個(gè)問(wèn)題，數(shù)據(jù)何時(shí)會(huì)一起變化？

答案是：僅且僅當(dāng)包含數(shù)據(jù)的服務(wù)，收到數(shù)據(jù)更新請(qǐng)求的時(shí)候，數(shù)據(jù)才會(huì)發(fā)生變化。而數(shù)據(jù)更新請(qǐng)求則僅包括數(shù)據(jù)的增、刪、改這三種請(qǐng)求，而這三種請(qǐng)求又被統(tǒng)稱(chēng)為寫(xiě)請(qǐng)求。所以，數(shù)據(jù)只有在寫(xiě)請(qǐng)求的時(shí)候才會(huì)發(fā)生變化。

那我們來(lái)回答第二個(gè)問(wèn)題，數(shù)據(jù)要怎么樣才能被稱(chēng)為一起變化了？即誰(shuí)來(lái)判斷數(shù)據(jù)是最終變化了？是服務(wù)器對(duì)寫(xiě)請(qǐng)求的返回結(jié)果嗎？告訴寫(xiě)請(qǐng)求成功，數(shù)據(jù)就一定發(fā)生一致性變化了？

NO，數(shù)據(jù)發(fā)生變化是否一致是需要經(jīng)過(guò)讀請(qǐng)求來(lái)做檢驗(yàn)的。那么讀請(qǐng)求判斷的依據(jù)是什么呢？

假設(shè)，我們的分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)有兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都包含了一部分需要被變化的數(shù)據(jù)。如果經(jīng)過(guò)一次寫(xiě)請(qǐng)求后，兩個(gè)節(jié)點(diǎn)都發(fā)生了數(shù)據(jù)變化。然后，讀請(qǐng)求把這些變化后的數(shù)據(jù)都讀取到了，我們就把這次數(shù)據(jù)修改稱(chēng)為數(shù)據(jù)發(fā)生了一致性變化。

但是，這還不是完整的一致性。因?yàn)橄到y(tǒng)不可能永久的正常運(yùn)行下去。

如果系統(tǒng)內(nèi)部發(fā)生了問(wèn)題從而導(dǎo)致系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)無(wú)法發(fā)生一致性變化會(huì)怎么樣呢？當(dāng)我們這樣做的時(shí)候，就意味著想看到最新數(shù)據(jù)的讀請(qǐng)求們，很可能會(huì)看到舊數(shù)據(jù)，或者說(shuō)獲取到不同版本的數(shù)據(jù)。此時(shí)，為了保證分布式系統(tǒng)對(duì)外的數(shù)據(jù)一致性，于是選擇不返回任何數(shù)據(jù)。

這里需要注意一下，CAP 定理是在說(shuō)在某種狀態(tài)下的選擇，和實(shí)際工程的理論是有差別的。上面描述的一致性和 ACID 事務(wù)中的一致性是兩回事。事務(wù)中的一致性包含了實(shí)際工程對(duì)狀態(tài)的后續(xù)處理。但是 CAP 定理并不涉及到狀態(tài)的后續(xù)處理，對(duì)于這些問(wèn)題，后續(xù)出現(xiàn)了 BASE 理論等工程結(jié)論去處理，目前，只需要明白 CAP 定理主要描述的是狀態(tài)。

2.2. A：可用性

奧維德曾經(jīng)說(shuō)過(guò)：“行動(dòng)被人們遺忘，結(jié)果卻將永存”。

這句話(huà)說(shuō)明了結(jié)果的重要性，而可用性在 CAP 里就是對(duì)結(jié)果的要求。它要求系統(tǒng)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)們接收到了無(wú)論是寫(xiě)請(qǐng)求還是讀請(qǐng)求，都要能處理并給回響應(yīng)結(jié)果。只是它有兩點(diǎn)必須滿(mǎn)足的條件：

條件 1：返回結(jié)果必須在合理的時(shí)間以?xún)?nèi)，這個(gè)合理的時(shí)間是根據(jù)業(yè)務(wù)來(lái)定的。業(yè)務(wù)說(shuō)必須 100 毫秒內(nèi)返回，合理的時(shí)間就是 100 毫秒，需要 1 秒內(nèi)返回，那就是 1 秒，如果業(yè)務(wù)定的 100 毫秒，結(jié)果卻在 1 秒才返回，那么這個(gè)系統(tǒng)就不滿(mǎn)足可用性。

條件 2：需要系統(tǒng)內(nèi)能正常接收請(qǐng)求的所有節(jié)點(diǎn)都返回結(jié)果。這包含了兩重含義：

如果節(jié)點(diǎn)不能正常接收請(qǐng)求了，比如宕機(jī)了，系統(tǒng)崩潰了，而其他節(jié)點(diǎn)依然能正常接收請(qǐng)求，那么，我們說(shuō)系統(tǒng)依然是可用的，也就是說(shuō)，部分宕機(jī)沒(méi)事兒，不影響可用性指標(biāo)。

如果節(jié)點(diǎn)能正常接收請(qǐng)求，但是發(fā)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)內(nèi)部數(shù)據(jù)有問(wèn)題，那么也必須返回結(jié)果，哪怕返回的結(jié)果是有問(wèn)題的。比如，系統(tǒng)有兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，其中有一個(gè)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)是三天前的，另一個(gè)節(jié)點(diǎn)是兩分鐘前的，如果，一個(gè)讀請(qǐng)求跑到了包含了三天前數(shù)據(jù)的那個(gè)節(jié)點(diǎn)上，抱歉，這個(gè)節(jié)點(diǎn)不能拒絕，必須返回這個(gè)三天前的數(shù)據(jù)，即使它可能不太合理。

2.3. P：分區(qū)容忍性

分布式的存儲(chǔ)系統(tǒng)會(huì)有很多的節(jié)點(diǎn)，這些節(jié)點(diǎn)都是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。而網(wǎng)絡(luò)是不可靠的，當(dāng)節(jié)點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)之間的通信出現(xiàn)了問(wèn)題，此時(shí)，就稱(chēng)當(dāng)前的分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)出現(xiàn)了分區(qū)。但是，值得一提的是，分區(qū)并不一定是由網(wǎng)絡(luò)故障引起的，也可能是因?yàn)闄C(jī)器故障。

比如，我們的分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)有 A、B 兩個(gè)節(jié)點(diǎn)。那么，當(dāng) A、B 之間由于可能路由器、交換機(jī)等底層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備出現(xiàn)了故障，A 和 B 通信出現(xiàn)了問(wèn)題，但是 A、B 依然都在運(yùn)行，都在對(duì)外提供服務(wù)。這時(shí)候，就說(shuō) A 和 B 發(fā)生了分區(qū)。

還有一種情況也會(huì)發(fā)生分區(qū)，當(dāng) A 出現(xiàn)了宕機(jī)，A 和 B 節(jié)點(diǎn)之間通信也是出現(xiàn)了問(wèn)題，那么我們也稱(chēng) A 和 B 發(fā)生了分區(qū)。

綜上，我們可以知道，只要在分布式系統(tǒng)中，節(jié)點(diǎn)通信出現(xiàn)了問(wèn)題，那么就出現(xiàn)了分區(qū)。

那么，分區(qū)容忍性是指什么？它是說(shuō)，如果出現(xiàn)了分區(qū)問(wèn)題，我們的分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)還需要繼續(xù)運(yùn)行。不能因?yàn)槌霈F(xiàn)了分區(qū)問(wèn)題，整個(gè)分布式節(jié)點(diǎn)全部就熄火了，罷工了，不做事情了。

3. CAP 怎么選擇

我們上面已經(jīng)知道了，在設(shè)計(jì)分布式系統(tǒng)時(shí)，架構(gòu)師們?cè)?C、A、P 這三種特性里，只能選擇兩種。

但是，這道 CAP 的選擇題，就像別人在問(wèn)你“小明的父親有三個(gè)孩子，老大叫大朗，老二叫二郎，請(qǐng)問(wèn)老三叫什么”一樣。在以分布式存系統(tǒng)為限定條件的 CAP 世界里，P 是早已經(jīng)確定的答案，P 是必須的。

因?yàn)?#xff0c;在分布式系統(tǒng)內(nèi)，P 是必然的發(fā)生的，不選 P，一旦發(fā)生分區(qū)錯(cuò)誤，整個(gè)分布式系統(tǒng)就完全無(wú)法使用了，這是不符合實(shí)際需要的。所以，對(duì)于分布式系統(tǒng)，我們只能能考慮當(dāng)發(fā)生分區(qū)錯(cuò)誤時(shí)，如何選擇一致性和可用性。

而根據(jù)一致性和可用性的選擇不同，開(kāi)源的分布式系統(tǒng)往往又被分為 CP 系統(tǒng)和 AP 系統(tǒng)。

當(dāng)一套系統(tǒng)在發(fā)生分區(qū)故障后，客戶(hù)端的任何請(qǐng)求都被卡死或者超時(shí)，但是，系統(tǒng)的每個(gè)節(jié)點(diǎn)總是會(huì)返回一致的數(shù)據(jù)，則這套系統(tǒng)就是 CP 系統(tǒng)，經(jīng)典的比如 Zookeeper。

如果一套系統(tǒng)發(fā)生分區(qū)故障后，客戶(hù)端依然可以訪問(wèn)系統(tǒng)，但是獲取的數(shù)據(jù)有的是新的數(shù)據(jù)，有的還是老數(shù)據(jù)，那么這套系統(tǒng)就是 AP 系統(tǒng)，經(jīng)典的比如 Eureka。

說(shuō)了這么多，其實(shí) CAP 定理本質(zhì)很簡(jiǎn)單，它就是一種分布式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的不同理念概括，包括它說(shuō)的一致性，可用性和分區(qū)容錯(cuò)性。這就類(lèi)似一個(gè)大學(xué)的校訓(xùn)，是極度概念化的東西。

所以，大白話(huà)來(lái)形容下 CAP 吧，CAP 就是告訴程序員們當(dāng)分布式系統(tǒng)出現(xiàn)內(nèi)部問(wèn)題了，你要做兩種選擇：

要么遷就外部服務(wù)，像外包公司。
要么讓外部服務(wù)遷就你，像銀行。

遷就外部服務(wù)就是我們不能因?yàn)槲覀冏约旱膯?wèn)題讓外部服務(wù)的業(yè)務(wù)運(yùn)行受到影響，所以要優(yōu)先可用性。而讓外部服務(wù)遷就我們，就要優(yōu)先一致性。

4. 對(duì) CAP 的常見(jiàn)誤解

誤解一：分布式系統(tǒng)因?yàn)?CAP 定理放棄了 C 或者 A 中的其中一個(gè)

很多人在沒(méi)有對(duì) CAP 做深入了解的情況下，聽(tīng)到很多人說(shuō)分布式系統(tǒng)必須在 CAP 三個(gè)特性里選擇兩個(gè)，就覺(jué)得一套分布式系統(tǒng)肯定要么只有可用性要么只有一致性，不存在完整的可用性和一致性功能。

這種理解是大有問(wèn)題的。因?yàn)?#xff0c;P 這種問(wèn)題發(fā)生的概率非常低，所以：

當(dāng)沒(méi)有出現(xiàn)分區(qū)問(wèn)題的時(shí)候，系統(tǒng)就應(yīng)該有完美的數(shù)據(jù)一致性和可用性。

你什么時(shí)候見(jiàn)過(guò)一個(gè)系統(tǒng)，當(dāng)內(nèi)部沒(méi)有問(wèn)題的時(shí)候，會(huì)經(jīng)常讓外部請(qǐng)求卡一下的？要么就冷不丁的提供陳舊的老數(shù)據(jù)？那還能叫系統(tǒng)嗎？

誤解二：C 和 A 之間的選擇是針對(duì)整個(gè)分布式系統(tǒng)的，只能整體考慮 C 和 A 之間的選擇

這個(gè)理解也是不對(duì)的。當(dāng)分區(qū)發(fā)生的時(shí)候，其實(shí)對(duì)一致性和可用性的抉擇是局部性的，而不是針對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的。

可能是在一些子系統(tǒng)做一些抉擇，甚至很可能只需要對(duì)某個(gè)事件或者數(shù)據(jù)，做一致性和可用性的抉擇而已。

比如，當(dāng)我們做一套支付系統(tǒng)的時(shí)候，會(huì)員的財(cái)務(wù)相關(guān)像賬戶(hù)余額，賬務(wù)流水是必須強(qiáng)一致性的。這時(shí)候，你就要考慮選 C。但是，會(huì)員的名字，會(huì)員的支付設(shè)置就不必考慮強(qiáng)一致性，可以選擇可用性 A。

一套分布式系統(tǒng)的運(yùn)行，就像人生一樣，就是一次又一次的選擇。在不同階段，不同的時(shí)刻有不同的事件發(fā)生的時(shí)候，又怎么可能會(huì)有完全一樣的選擇呢？

誤解三：CAP 的三個(gè)特性只有是和否兩種極端選擇，而不是一個(gè)范圍

這種二元性的理解更是極其誤導(dǎo)人。

CAP 理論的三種特性不是 Boolean 類(lèi)型的，不是一致和不一致，可用和不可用，分區(qū)和沒(méi)分區(qū)的這類(lèi)二選一的選項(xiàng)。而是這三種特性都是范圍類(lèi)型。

拿可用性來(lái)說(shuō)，就像我從銀行取錢(qián)。當(dāng)我目的是派發(fā)壓歲錢(qián)的時(shí)候，我很可能就想全要新票子，但是，新票子很可能就還得多一個(gè)步驟，就是需要拿舊票子去換一些新票，此時(shí)，我可以多等會(huì)兒，能拿到新票子就好。而當(dāng)我的目的就是做生活花銷(xiāo)的時(shí)候，票子是新是舊，我根本不那么關(guān)心，快點(diǎn)拿到錢(qián)就行。這就是可用性的范圍需求之一，對(duì)時(shí)延性的要求。

再比如，分區(qū)容錯(cuò)則由于探測(cè)機(jī)制的問(wèn)題，可能還得各節(jié)點(diǎn)搞投票去協(xié)商分區(qū)是否存在，當(dāng)某一臺(tái)機(jī)器出現(xiàn)了問(wèn)題，可能不影響業(yè)務(wù)的話(huà)，就會(huì)被機(jī)器投票認(rèn)為分區(qū)不存在。然后一直等到多數(shù)機(jī)器出現(xiàn)了問(wèn)題，才會(huì)投票確認(rèn)出現(xiàn)了分區(qū)問(wèn)題。這就好像新冠疫情，還會(huì)分低、中、高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)呢，不是一出現(xiàn)通信故障就都被邏輯認(rèn)定為分區(qū)問(wèn)題。

5. CAP 理論的一些疑問(wèn)

疑問(wèn)一：在遵從 CAP 定理的系統(tǒng)中是否適合任意的寫(xiě)請(qǐng)求

首先，在 CAP 定理中，關(guān)于一致性會(huì)有多種說(shuō)法，但是總的來(lái)說(shuō)，都是在描述數(shù)據(jù)最新版本的可見(jiàn)性。而這些可見(jiàn)性往往代表的是讀請(qǐng)求返回的數(shù)據(jù)的可見(jiàn)性。

那么問(wèn)題來(lái)了，當(dāng)我們要求讀數(shù)據(jù)的可見(jiàn)性的時(shí)候，對(duì)寫(xiě)數(shù)據(jù)有什么要求嗎？

比如，我們系統(tǒng)有三個(gè)節(jié)點(diǎn)，一個(gè)客戶(hù)端給這個(gè)系統(tǒng)發(fā)了一個(gè)寫(xiě)請(qǐng)求，要求系統(tǒng)寫(xiě)入一個(gè)值為 20 的數(shù)據(jù)。那么，如果要滿(mǎn)足 CAP 定理中的一致性，就需要在寫(xiě)完 20 這個(gè)數(shù)據(jù)之后，當(dāng)其他客戶(hù)端請(qǐng)求讀取這個(gè)值為 20 的數(shù)據(jù)之后，無(wú)論請(qǐng)求被轉(zhuǎn)發(fā)到系統(tǒng)中任何節(jié)點(diǎn)都能返回這個(gè)值。

這就要求寫(xiě)入這個(gè)值為 20 的寫(xiě)請(qǐng)求必須成功寫(xiě)到三個(gè)節(jié)點(diǎn)上，此時(shí)，系統(tǒng)就滿(mǎn)足了寫(xiě)一致性的。所以，我們可以說(shuō)對(duì)于讀一致性的要求是同時(shí)約束了寫(xiě)一致性的。

其次，在 CAP 定理中，可用性本身要求對(duì)讀、寫(xiě)請(qǐng)求都要處理。如果我們以可用性作為標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)候，在發(fā)生分區(qū)錯(cuò)誤時(shí)，由于我們對(duì)讀請(qǐng)求并沒(méi)有強(qiáng)行要求返回完全準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，所以，可能在本次讀請(qǐng)求之前的最近一次寫(xiě)請(qǐng)求可能是部分失敗的。

同樣的例子，我們的分布式系統(tǒng)由三個(gè)節(jié)點(diǎn)組成，最近一次寫(xiě)請(qǐng)求想把值為 20 的數(shù)據(jù)寫(xiě)到三個(gè)節(jié)點(diǎn)上。但是，由于發(fā)生了分區(qū)問(wèn)題，有一個(gè)節(jié)點(diǎn)通信故障，寫(xiě)請(qǐng)求寫(xiě)不過(guò)去，因此只有兩個(gè)節(jié)點(diǎn)包含了值為 20 的數(shù)據(jù)。

此時(shí)，寫(xiě)請(qǐng)求會(huì)返回給客戶(hù)端一個(gè)結(jié)果，可能會(huì)告訴客戶(hù)端寫(xiě)入成功了，也可能告訴客戶(hù)端寫(xiě)入部分成功。

這時(shí)候，當(dāng)后續(xù)的讀請(qǐng)求恰巧被發(fā)送到有通信故障的那個(gè)節(jié)點(diǎn)，系統(tǒng)可能只能返回一個(gè)空的結(jié)果。但是，由于系統(tǒng)處理和返回了讀寫(xiě)請(qǐng)求，所以，系統(tǒng)是滿(mǎn)足了 CAP 中的可用性的。

疑問(wèn)二：數(shù)據(jù)分片和數(shù)據(jù)副本的分布式系統(tǒng)是否都遵守 CAP 定理

我們知道，在一套大規(guī)模的分布式系統(tǒng)里，一定是既需要把海量數(shù)據(jù)做切分，存儲(chǔ)到不同的機(jī)器上，也需要對(duì)這些存儲(chǔ)了數(shù)據(jù)的機(jī)器做副本備份的。

那么，如果，一個(gè)分布式系統(tǒng)里只有數(shù)據(jù)分片存儲(chǔ)或者只有數(shù)據(jù)副本存儲(chǔ)，他們都會(huì)遵守 CAP 定理嗎？

答案是當(dāng)數(shù)據(jù)分片時(shí)，也是要遵守 CAP 定理，但是，是種非常特殊的遵守。

當(dāng)在一套分布式系統(tǒng)只有分片存儲(chǔ)的時(shí)候，CAP 理論會(huì)表現(xiàn)成什么樣？

比如，我們有個(gè)分布式系統(tǒng)，由三個(gè)節(jié)點(diǎn) a、b、c 組成。其中節(jié)點(diǎn) a 存放了 A 表的數(shù)據(jù)，b 存放了 B 表的數(shù)據(jù)，c 存放了 C 表的數(shù)據(jù)。

如果有一個(gè)業(yè)務(wù)，它的意圖是想往 A 表插入一條新數(shù)據(jù)，在 B 表刪除一條已有數(shù)據(jù)，在 C 表更新一條老數(shù)據(jù)，這個(gè)分布式系統(tǒng)該怎么處理這種業(yè)務(wù)？

技術(shù)上我們對(duì)這種一個(gè)意圖想做多件事的情況往往會(huì)包裝成一個(gè)事務(wù)。當(dāng)我們包裝成一個(gè)事務(wù)以后，我們可能會(huì)通過(guò)先在 a 節(jié)點(diǎn)執(zhí)行，然后去 b 節(jié)點(diǎn)執(zhí)行，最后去 c 節(jié)點(diǎn)執(zhí)行，等到都成功了，才會(huì)返回成功。

但是，發(fā)生了分區(qū)以后怎么辦？當(dāng)在 a、b 節(jié)點(diǎn)都成功了，到 c 發(fā)現(xiàn)發(fā)生了通信故障？

此時(shí)，根據(jù) CAP 定理，你有兩個(gè)選擇，要么就直接返回一個(gè)部分成功的結(jié)果給客戶(hù)端，要么直接卡死等客戶(hù)端超時(shí)或者返回失敗給客戶(hù)端。當(dāng)返回部分成功的時(shí)候，這就是選擇了可用性（A），當(dāng)卡死或者返回失敗給客戶(hù)端的時(shí)候，就是選擇了一致性（C）。

可是，我們將請(qǐng)求包裝成了事務(wù)，而事務(wù)是要求要么都成功，要么都失敗……為了遵守這種要求，對(duì)于分布式只有分片的情況，迫于客觀條件，只能選擇C。所以分片的分布式系統(tǒng)，往往都是 CP 的系統(tǒng)。

可選擇，但是無(wú)法選擇是分布式系統(tǒng)只有分片數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的情況時(shí)，遵守 CAP 定理的特殊表現(xiàn)。

而當(dāng)分布式系統(tǒng)是多個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)了完整的一套數(shù)據(jù)，別的節(jié)點(diǎn)只是完整數(shù)據(jù)的備份的時(shí)候，即使事務(wù)只在一臺(tái)機(jī)器上成功，當(dāng)發(fā)生分區(qū)故障的時(shí)候，我們也是可以有充分的余地選擇是單機(jī)事務(wù)的回退 or 就此認(rèn)為寫(xiě)成功的。

單機(jī)事務(wù)的回退，就可以對(duì)外表現(xiàn)為選擇了一致性。

就此認(rèn)為寫(xiě)成功，則可以認(rèn)為選擇了可用性。

疑問(wèn)三：為何有時(shí)候區(qū)分一個(gè)系統(tǒng)是 AP 還是 CP 是如此之難

因?yàn)?#xff0c;就像我們前面講過(guò)的，由于 AP 或者 CP 的選擇，可能僅局限為整套系統(tǒng)的局部，甚至某些特殊的數(shù)據(jù)上，而我們又是用這種局部的特性去描述了整套系統(tǒng)，所以就導(dǎo)致了區(qū)分的困難。而這本身其實(shí)也日漸成為了 CAP 的一個(gè)大問(wèn)題，從而被人詬病。

6. CAP 的不足

CAP 定理本身是沒(méi)有考慮網(wǎng)絡(luò)延遲的問(wèn)題的，它認(rèn)為一致性是立即生效的，但是，要保持一致性，是需要時(shí)間成本的，這就導(dǎo)致往往分布式系統(tǒng)多選擇 AP 方式

由于時(shí)代的演變，CAP 定理在針對(duì)所有分布式系統(tǒng)的時(shí)候，出現(xiàn)了一些力不從心的情況，導(dǎo)致很多時(shí)候它自己會(huì)把以前很?chē)?yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)學(xué)定義改成了比較松弛的業(yè)務(wù)定義，類(lèi)似于我們看到，CAP 定理把一致性、可用性、分區(qū)容錯(cuò)都變成了一個(gè)范圍屬性，而這和 CAP 定理本身這種數(shù)學(xué)定理般的稱(chēng)呼是有沖突的，出現(xiàn)了不符合數(shù)學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)定義的問(wèn)題。

在實(shí)踐中以及后來(lái) CAP 定理的提出者也承認(rèn)，一致性和可用性并不僅僅是二選一的問(wèn)題，只是一些重要性的區(qū)別，當(dāng)強(qiáng)調(diào)一致性的時(shí)候，并不表示可用性是完全不可用的狀態(tài)。比如，Zookeeper 只是在 master 出現(xiàn)問(wèn)題的時(shí)候，才可能出現(xiàn)幾十秒的不可用狀態(tài)，而別的時(shí)候，都會(huì)以各種方式保證系統(tǒng)的可用性。而強(qiáng)調(diào)可用性的時(shí)候，也往往會(huì)采用一些技術(shù)手段，去保證數(shù)據(jù)最終是一致的。CAP 定理并沒(méi)有給出這些情況的具體描述。

CAP 理論從工程角度來(lái)看只是一種狀態(tài)的描述，它告訴大家當(dāng)有錯(cuò)的時(shí)候，分布式系統(tǒng)可能處在什么狀態(tài)。但是，狀態(tài)是可能變化的。狀態(tài)間如何轉(zhuǎn)換，如何修補(bǔ)，如何恢復(fù)是沒(méi)有提供方向的。

7. 引申出來(lái)的 BASE

正因?yàn)?CAP 以上的種種不足，epay 的架構(gòu)師 Dan Pritchett 根據(jù)他自身在大規(guī)模分布式系統(tǒng)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出了 BASE 理論。BASE 理論是對(duì) CAP 理論的延伸，核心思想是即使無(wú)法做到強(qiáng)一致性（Strong Consistency），但應(yīng)用可以采用適合的方式達(dá)到最終一致性（Eventual Consitency）。

BASE 理論是實(shí)踐工程的理論，它彌補(bǔ)了CAP 理論過(guò)于抽象的問(wèn)題，也同時(shí)解決了 AP 系統(tǒng)的總體工程實(shí)踐思想，是分布式系統(tǒng)的核心理論之一，我們將在下一篇文章里，詳細(xì)的講解此套理論。

8. 大廠面試題

在文章最后，來(lái)幾道大廠關(guān)于 CAP 的面試真題，檢驗(yàn)一下你的學(xué)習(xí)效果，hiahiahia

什么是 CAP 理論？
CAP 中的 P 是什么意思？
為什么說(shuō)分布式系統(tǒng)，只能在 C、A 中二選一？
結(jié)合實(shí)際應(yīng)用，CP、AP 該怎么選擇？

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Java高級(jí)架構(gòu)面試知識(shí)整理：

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