CAP 原則
CAP 原則又稱 CAP 定理，指的是在一個(gè)分布式系統(tǒng)中住闯， Consistency（一致性）笋额、 Availability（可用性）、Partition tolerance（分區(qū)容錯(cuò)性），三者不可得兼竟痰。
CAP 由 Eric Brewer 在 2000 年 PODC 會議上提出盘榨。該猜想在提出兩年后被證明成立，成為我們熟知的 CAP 定理。CAP 三者不可兼得井佑。
| 特性 | 定理 |
|---|---|
| Consistency | 一致性属铁，也叫做數(shù)據(jù)原子性，系統(tǒng)在執(zhí)行某項(xiàng)操作后仍然處于一致的狀態(tài)躬翁。在分布式系統(tǒng)中焦蘑，更新操作執(zhí)行成功后所有的用戶都應(yīng)該讀到最新的值，這樣的系統(tǒng)被認(rèn)為是具有強(qiáng)一致性的盒发。等同于所有節(jié)點(diǎn)訪問同一份最新的數(shù)據(jù)副本例嘱。 |
| Availability | 可用性，每一個(gè)操作總是能夠在一定的時(shí)間內(nèi)返回結(jié)果宁舰，這里需要注意的是"一定時(shí)間內(nèi)"和"返回結(jié)果”拼卵。一定時(shí)間內(nèi)指的是在可以容忍的范圍內(nèi)返回結(jié)果，結(jié)果可以是成功或者是失敗明吩，且不保證獲取的數(shù)據(jù)為最新數(shù)據(jù)间学。 |
| Partition tolerance | 分區(qū)容錯(cuò)性，分布式系統(tǒng)在遇到任何網(wǎng)絡(luò)分區(qū)故障的時(shí)候印荔，仍然能夠?qū)ν馓峁M足一致性和可用性的服務(wù)低葫，除非整個(gè)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境都發(fā)生了故障。 |
取舍策略
CAP 三個(gè)特性只能滿足其中兩個(gè)仍律，那么取舍的策略就共有三種：
CA without P：如果不要求P（不允許分區(qū)）嘿悬，則C（強(qiáng)一致性）和A（可用性）是可以保證的。但放棄 P 的同時(shí)也就意味著放棄了系統(tǒng)的擴(kuò)展性水泉，也就是分布式節(jié)點(diǎn)受限善涨，沒辦法部署子節(jié)點(diǎn)，這是違背分布式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的初衷的草则。
CP without A：如果不要求A（可用）钢拧，相當(dāng)于每個(gè)請求都需要在服務(wù)器之間保持強(qiáng)一致，而P（分區(qū)）會導(dǎo)致同步時(shí)間無限延長（也就是等待數(shù)據(jù)同步完才能正常訪問服務(wù)）炕横，一旦發(fā)生網(wǎng)絡(luò)故障或者消息丟失等情況源内，就要犧牲用戶的體驗(yàn)，等待所有數(shù)據(jù)全部一致了之后再讓用戶訪問系統(tǒng)份殿。設(shè)計(jì)成 CP 的系統(tǒng)其實(shí)不少膜钓，最典型的就是分布式數(shù)據(jù)庫，如 Redis卿嘲、HBase 等颂斜。對于這些分布式數(shù)據(jù)庫來說，數(shù)據(jù)的一致性是最基本的要求拾枣，因?yàn)槿绻B這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)都達(dá)不到沃疮，那么直接采用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫就好盒让，沒必要再浪費(fèi)資源來部署分布式數(shù)據(jù)庫。
AP without C：要高可用并允許分區(qū)忿磅，則需放棄一致性糯彬。一旦分區(qū)發(fā)生，節(jié)點(diǎn)之間可能會失去聯(lián)系葱她，為了高可用撩扒，每個(gè)節(jié)點(diǎn)只能用本地?cái)?shù)據(jù)提供服務(wù)，而這樣會導(dǎo)致全局?jǐn)?shù)據(jù)的不一致性吨些。典型的應(yīng)用就如某米的搶購手機(jī)場景搓谆，可能前幾秒你瀏覽商品的時(shí)候頁面提示是有庫存的，當(dāng)你選擇完商品準(zhǔn)備下單的時(shí)候豪墅，系統(tǒng)提示你下單失敗泉手，商品已售完。這其實(shí)就是先在 A（可用性）方面保證系統(tǒng)可以正常的服務(wù)偶器，然后在數(shù)據(jù)的一致性方面做了些犧牲斩萌，雖然多少會影響一些用戶體驗(yàn)，但也不至于造成用戶購物流程的嚴(yán)重阻塞屏轰。
總結(jié)
現(xiàn)如今颊郎，對于多數(shù)大型互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的場景，主機(jī)眾多霎苗、部署分散姆吭，而且現(xiàn)在的集群規(guī)模越來越大，節(jié)點(diǎn)只會越來越多唁盏，所以節(jié)點(diǎn)故障内狸、網(wǎng)絡(luò)故障是常態(tài)，因此分區(qū)容錯(cuò)性也就成為了一個(gè)分布式系統(tǒng)必然要面對的問題厘擂。那么就只能在 C 和 A 之間進(jìn)行取舍昆淡。但對于傳統(tǒng)的項(xiàng)目就可能有所不同，拿銀行的轉(zhuǎn)賬系統(tǒng)來說刽严，涉及到金錢的對于數(shù)據(jù)一致性不能做出一絲的讓步昂灵，C 必須保證，出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)故障的話港庄，寧可停止服務(wù)倔既，可以在 A 和 P 之間做取舍恕曲。而互聯(lián)網(wǎng)非金融項(xiàng)目普遍都是基于 AP 模式鹏氧。
總而言之，沒有最好的策略佩谣，好的系統(tǒng)應(yīng)該是根據(jù)業(yè)務(wù)場景來進(jìn)行架構(gòu)設(shè)計(jì)的把还，只有適合的才是最好的。
BASE 理論
CAP 理論已經(jīng)提出好多年了，難道真的沒有辦法解決這個(gè)問題嗎吊履？也許可以做些改變安皱。比如 C 不必使用那么強(qiáng)的一致性，可以先將數(shù)據(jù)存起來艇炎，稍后再更新酌伊，實(shí)現(xiàn)所謂的 “最終一致性”。
這個(gè)思路又是一個(gè)龐大的問題缀踪，同時(shí)也引出了第二個(gè)理論 BASE 理論居砖。
BASE：全稱 Basically Available（基本可用），Soft state（軟狀態(tài)）驴娃，和 Eventually consistent（最終一致性）三個(gè)短語的縮寫奏候，來自 ebay 的架構(gòu)師提出。
BASE 理論是對 CAP 中一致性和可用性權(quán)衡的結(jié)果唇敞，其來源于對大型互聯(lián)網(wǎng)分布式實(shí)踐的總結(jié)蔗草，是基于 CAP 定理逐步演化而來的。其核心思想是：
既然無法做到強(qiáng)一致性（Strong consistency）疆柔，但每個(gè)應(yīng)用都可以根據(jù)自身的業(yè)務(wù)特點(diǎn)咒精，采用適當(dāng)?shù)姆绞絹硎瓜到y(tǒng)達(dá)到最終一致性（Eventual consistency）。
Basically Available（基本可用）
基本可用是指分布式系統(tǒng)在出現(xiàn)故障的時(shí)候婆硬，允許損失部分可用性（例如響應(yīng)時(shí)間狠轻、功能上的可用性）。需要注意的是彬犯，基本可用絕不等價(jià)于系統(tǒng)不可用向楼。
響應(yīng)時(shí)間上的損失：正常情況下搜索引擎需要在 0.5 秒之內(nèi)返回給用戶相應(yīng)的查詢結(jié)果，但由于出現(xiàn)故障（比如系統(tǒng)部分機(jī)房發(fā)生斷電或斷網(wǎng)故障）谐区，查詢結(jié)果的響應(yīng)時(shí)間增加到了 1~2 秒湖蜕。
功能上的損失：購物網(wǎng)站在購物高峰（如雙十一）時(shí)，為了保護(hù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性宋列，部分消費(fèi)者可能會被引導(dǎo)到一個(gè)降級頁面昭抒。
Soft state（軟狀態(tài)）
什么是軟狀態(tài)呢？相對于原子性而言炼杖，要求多個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)副本都是一致的灭返，這是一種 “硬狀態(tài)”。
軟狀態(tài)是指允許系統(tǒng)存在中間狀態(tài)坤邪，而該中間狀態(tài)不會影響系統(tǒng)整體可用性熙含。分布式存儲中一般一份數(shù)據(jù)會有多個(gè)副本，允許不同副本數(shù)據(jù)同步的延時(shí)就是軟狀態(tài)的體現(xiàn)艇纺。
Eventually consistent（最終一致性）
系統(tǒng)不可能一直是軟狀態(tài)怎静，必須有個(gè)時(shí)間期限邮弹。在期限過后，應(yīng)當(dāng)保證所有副本保持?jǐn)?shù)據(jù)一致性蚓聘。從而達(dá)到數(shù)據(jù)的最終一致性腌乡。這個(gè)時(shí)間期限取決于網(wǎng)絡(luò)延時(shí)，系統(tǒng)負(fù)載夜牡，數(shù)據(jù)復(fù)制方案設(shè)計(jì)等等因素与纽。
實(shí)際上，不只是分布式系統(tǒng)使用最終一致性塘装，關(guān)系型數(shù)據(jù)庫在某個(gè)功能上渣锦，也是使用最終一致性的，比如備份氢哮，數(shù)據(jù)庫的復(fù)制都是需要時(shí)間的袋毙，這個(gè)復(fù)制過程中，業(yè)務(wù)讀取到的值就是舊值冗尤。當(dāng)然听盖，最終還是達(dá)成了數(shù)據(jù)一致性。這也算是一個(gè)最終一致性的經(jīng)典案例裂七。
總結(jié)
總的來說皆看，BASE 理論面向的是大型高可用可擴(kuò)展的分布式系統(tǒng)，和傳統(tǒng)事務(wù)的 ACID 是相反的背零，它完全不同于 ACID 的強(qiáng)一致性模型腰吟，而是通過犧牲強(qiáng)一致性來獲得可用性，并允許數(shù)據(jù)在一段時(shí)間是不一致的徙瓶。
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