- ACID 是數(shù)據(jù)庫(kù)事務(wù)完整性的理論顿苇，CAP 是分布式系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論，BASE 是 CAP 理論中 AP 方案的延伸税弃。
一纪岁、從集中式到分布式
1、集中式
集中式是指有一臺(tái)或者多臺(tái)計(jì)算機(jī)組成的中心節(jié)點(diǎn)则果，數(shù)據(jù)集中存儲(chǔ)于這個(gè)中心節(jié)點(diǎn)中幔翰，并且整個(gè)系統(tǒng)的所有業(yè)務(wù)單元都集中部署在這個(gè)中心節(jié)點(diǎn)上，系統(tǒng)的所有功能均由集中處理西壮。
2遗增、分布式
分布式系統(tǒng)是一個(gè)硬件或者軟件分布在不同的網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)上，彼此之間僅僅通過(guò)消費(fèi)傳遞進(jìn)行通信和協(xié)調(diào)的系統(tǒng)款青。
分布式系統(tǒng)特征：
1做修、分布性
2、對(duì)等性
3抡草、并發(fā)性
4饰及、缺乏全球時(shí)鐘（由于分布式系統(tǒng)由一些列的空間上任意分布的多個(gè)進(jìn)程組成，具有分布性康震，很難定義兩個(gè)事件究竟是誰(shuí)先誰(shuí)后）
5燎含、故障總是會(huì)發(fā)生
分布式系統(tǒng)典型難題：
1、通信問(wèn)題
2腿短、網(wǎng)絡(luò)分區(qū)（當(dāng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生異常時(shí)候屏箍，只有部分節(jié)點(diǎn)進(jìn)行正常通信，另一些節(jié)點(diǎn)不可用橘忱，網(wǎng)絡(luò)分區(qū)嚴(yán)重情況下面會(huì)導(dǎo)致“腦裂”）
3赴魁、三態(tài)（成功、失敗鹦付、超時(shí)）
4尚粘、節(jié)點(diǎn)故障
二、CAP理論和BASE理論
- 分布式事物：指事物參與者敲长、支持事物的服務(wù)器郎嫁、資源服務(wù)器以及事物管理器分別于分布式系統(tǒng)的不同節(jié)點(diǎn)之上。通常一個(gè)分布式事物中會(huì)涉及對(duì)多個(gè)數(shù)據(jù)源或者業(yè)務(wù)系統(tǒng)的操作祈噪。
- 本地事物可以采用ACID模型保證數(shù)據(jù)的嚴(yán)格一致性泽铛。但在分布式系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)事物的嚴(yán)格一致性會(huì)和服務(wù)的可用性產(chǎn)生沖突辑鲤，這是有分布式系統(tǒng)的特征決定的盔腔。因此，在可用性和一致性之間永遠(yuǎn)無(wú)法存在一個(gè)兩全其美的方案月褥，于是如何構(gòu)建一個(gè)兼顧可用性和一致性的分布式系統(tǒng)成為一個(gè)難題弛随，因此出現(xiàn)了諸如CAP和BASE這樣的分布式經(jīng)典理論。
1宁赤、CAP理論
- CAP 定理（CAP theorem）又被稱作布魯爾定理（Brewer's theorem）舀透，是加州大學(xué)伯克利分校的計(jì)算機(jī)科學(xué)家埃里克·布魯爾（Eric Brewer）在 2000 年的 ACM PODC 上提出的一個(gè)猜想。2002 年决左，麻省理工學(xué)院的賽斯·吉爾伯特（Seth Gilbert）和南香倒唬·林奇（Nancy Lynch）發(fā)表了布魯爾猜想的證明，使之成為分布式計(jì)算領(lǐng)域公認(rèn)的一個(gè)定理佛猛。對(duì)于設(shè)計(jì)分布式系統(tǒng)的架構(gòu)師來(lái)說(shuō)惑芭，CAP 是必須掌握的理論。
在一個(gè)分布式系統(tǒng)（指互相連接并共享數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)的集合）中继找，當(dāng)涉及讀寫操作時(shí)遂跟，只能保證一致性（Consistence）、可用性（Availability）婴渡、分區(qū)容錯(cuò)性（Partition Tolerance）三者中的兩個(gè)漩勤，另外一個(gè)必須被犧牲。
（1）一致性
一致性指數(shù)據(jù)在多個(gè)副本之間是否能夠保持一致性的特性缩搅。在一致性的需求下越败，當(dāng)一個(gè)系統(tǒng)在數(shù)據(jù)一致的狀態(tài)下執(zhí)行了更新操作后，應(yīng)該保證系統(tǒng)的數(shù)據(jù)任然處于一致的狀態(tài)硼瓣。布魯爾提到對(duì)某個(gè)指定的客戶端來(lái)說(shuō)究飞，讀操作保證能夠返回最新的寫操作結(jié)果。
- 在分布式系統(tǒng)中如果能夠針對(duì)一個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)的更新操作執(zhí)行成功后堂鲤，所有用戶都可以讀取到其最新的值亿傅，那么這樣的系統(tǒng)就被認(rèn)為具有強(qiáng)一致性。
（2）可用性
可用性指系統(tǒng)提供的服務(wù)必須一致處于可用的狀態(tài)瘟栖，對(duì)于用戶的每一個(gè)操作請(qǐng)求總是能夠在有限的時(shí)間內(nèi)（指用戶的一個(gè)操作葵擎，系統(tǒng)必須能夠在指定的時(shí)間內(nèi)返回對(duì)應(yīng)的處理結(jié)果，如果超過(guò)了這個(gè)時(shí)間半哟，系統(tǒng)就認(rèn)為不可用）****返回結(jié)果（返回結(jié)果是可用性的另一個(gè)重要指標(biāo)酬滤，要求系統(tǒng)在完成對(duì)用戶請(qǐng)求處理后签餐，返回一個(gè)正常的響應(yīng)結(jié)果，失敗或者成功盯串，而不是一個(gè)困惑的結(jié)果）氯檐。
（3）分區(qū)容錯(cuò)性
- 網(wǎng)絡(luò)分區(qū)指在分布式系統(tǒng)中，不同節(jié)點(diǎn)分布在不同的子網(wǎng)絡(luò)（機(jī)房或者異地網(wǎng)絡(luò)等）中体捏，由于一些特殊的原因?qū)е逻@些網(wǎng)絡(luò)之間出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)不連通的狀態(tài)冠摄，但是各個(gè)子網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)是正常的，從而導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)呼喊經(jīng)被切分為若干個(gè)孤立的區(qū)域几缭。
分區(qū)容錯(cuò)性約束了一個(gè)分布式系統(tǒng)需要具有如下特征：分布式系統(tǒng)在遇到任何網(wǎng)絡(luò)分區(qū)故障的時(shí)候河泳，仍熱能夠保證對(duì)外提供滿足一致性或可用性的服務(wù)，除非整合網(wǎng)絡(luò)環(huán)境發(fā)生了故障年栓。
（4）總結(jié)
- 在分布式環(huán)境中拆挥，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)必須選擇 P（分區(qū)容忍）要素，因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)本身無(wú)法做到 100% 可靠韵洋，有可能出故障竿刁，所以分區(qū)是一個(gè)必然的現(xiàn)象。也就是說(shuō)分區(qū)容錯(cuò)性是分布式系統(tǒng)的一個(gè)最基本要求搪缨。
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在CAP理論中食拜，不能同時(shí)滿足一致性、分區(qū)容忍性副编、可用性负甸，而分區(qū)容忍性優(yōu)勢(shì)分布式系統(tǒng)的基本要求，因此在架構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候只能在CA或者CP中取舍痹届，也就是只能在一致性或者可用性之間取舍呻待。
CP系統(tǒng)
AP系統(tǒng)
（5）CAP理論中幾個(gè)重要的細(xì)節(jié)
- CAP 關(guān)注的粒度是數(shù)據(jù)，而不是整個(gè)系統(tǒng)队腐。C 與 A 之間的取舍可以在同一系統(tǒng)內(nèi)以非常細(xì)小的粒度反復(fù)發(fā)生蚕捉，而每一次的決策可能因?yàn)榫唧w的操作，乃至因?yàn)闋可娴教囟ǖ臄?shù)據(jù)或用戶而有所不同柴淘。但在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中迫淹，每個(gè)系統(tǒng)不可能只處理一種數(shù)據(jù)，而是包含多種類型的數(shù)據(jù)为严，有的數(shù)據(jù)必須選擇 CP敛熬，有的數(shù)據(jù)必須選擇 AP。而如果我們做設(shè)計(jì)時(shí)第股，從整個(gè)系統(tǒng)的角度去選擇 CP 還是 AP应民，就會(huì)發(fā)現(xiàn)顧此失彼，無(wú)論怎么做都是有問(wèn)題的。(以一個(gè)最簡(jiǎn)單的用戶管理系統(tǒng)為例诲锹，用戶管理系統(tǒng)包含用戶賬號(hào)數(shù)據(jù)（用戶 ID繁仁、密碼）、用戶信息數(shù)據(jù)（昵稱辕狰、興趣改备、愛好控漠、性別蔓倍、自我介紹等）。通常情況下盐捷，用戶賬號(hào)數(shù)據(jù)會(huì)選擇 CP偶翅，而用戶信息數(shù)據(jù)會(huì)選擇 AP，如果限定整個(gè)系統(tǒng)為 CP碉渡，則不符合用戶信息數(shù)據(jù)的應(yīng)用場(chǎng)景聚谁；如果限定整個(gè)系統(tǒng)為 AP，則又不符合用戶賬號(hào)數(shù)據(jù)的應(yīng)用場(chǎng)景滞诺。)
- CAP 是忽略網(wǎng)絡(luò)延遲的形导。意味著，CAP 理論中的 C 在實(shí)踐中是不可能完美實(shí)現(xiàn)的习霹，在數(shù)據(jù)復(fù)制的過(guò)程中朵耕，節(jié)點(diǎn) A 和節(jié)點(diǎn) B 的數(shù)據(jù)并不一致。
- 正常運(yùn)行情況下淋叶，不存在 CP 和 AP 的選擇阎曹，可以同時(shí)滿足 CA。CAP 理論告訴我們分布式系統(tǒng)只能選擇 CP 或者 AP煞檩，但其實(shí)這里的前提是系統(tǒng)發(fā)生了“分區(qū)”現(xiàn)象处嫌。如果系統(tǒng)沒有發(fā)生分區(qū)現(xiàn)象，也就是說(shuō) P 不存在的時(shí)候（節(jié)點(diǎn)間的網(wǎng)絡(luò)連接一切正常）斟湃，我們沒有必要放棄 C 或者 A熏迹，應(yīng)該 C 和 A 都可以保證，這就要求架構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候既要考慮分區(qū)發(fā)生時(shí)選擇 CP 還是 AP凝赛，也要考慮分區(qū)沒有發(fā)生時(shí)如何保證 CA注暗。(同樣以用戶管理系統(tǒng)為例，即使是實(shí)現(xiàn) CA哄酝，不同的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)方式也可能不一樣：用戶賬號(hào)數(shù)據(jù)可以采用“消息隊(duì)列”的方式來(lái)實(shí)現(xiàn) CA友存，因?yàn)橄㈥?duì)列可以比較好地控制實(shí)時(shí)性，但實(shí)現(xiàn)起來(lái)就復(fù)雜一些陶衅；而用戶信息數(shù)據(jù)可以采用“數(shù)據(jù)庫(kù)同步”的方式來(lái)實(shí)現(xiàn) CA屡立，因?yàn)閿?shù)據(jù)庫(kù)的方式雖然在某些場(chǎng)景下可能延遲較高，但使用起來(lái)簡(jiǎn)單。)
- 放棄并不等于什么都不做膨俐，需要為分區(qū)恢復(fù)后做準(zhǔn)備勇皇。
2、BASE理論
- BASE 是基本可用（Basically Available）焚刺、軟狀態(tài)（ Soft State）敛摘、最終一致性（ Eventual Consistency）三個(gè)短語(yǔ)的簡(jiǎn)寫。BASE理論是對(duì)CAP中一致性和可用性權(quán)衡的結(jié)果乳愉，是基于CAP定力逐步演化而來(lái)的兄淫，是源于大規(guī)模互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)分布式實(shí)踐的總結(jié)蔓姚。其核心思想：無(wú)法做到強(qiáng)一致性捕虽，但是每一個(gè)應(yīng)用都可以根據(jù)自身的業(yè)務(wù)特點(diǎn)，采用適當(dāng)?shù)姆绞絹?lái)使系統(tǒng)達(dá)到最終一致性坡脐。
（1）基本可用
基本可用指分布式系統(tǒng)在出現(xiàn)不可預(yù)知的故障時(shí)候泄私，允許損失部分可用性，保證核心服務(wù)可用备闲。響應(yīng)時(shí)間上的損失（正常0.5ms之內(nèi)的故障時(shí)候響應(yīng)延時(shí)為1-2秒了）和功能上的損失（秒殺時(shí)候的降級(jí)數(shù)據(jù)）
（2）弱狀態(tài)
也稱軟狀態(tài)晌端，指允許系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)存在中間狀態(tài)，并認(rèn)為該中間狀態(tài)的存在不會(huì)影響系統(tǒng)的整體可用性恬砂，即允許系統(tǒng)在不同節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)副本之間進(jìn)行數(shù)據(jù)同步的過(guò)程中存在延時(shí)咧纠。
（3）最終一致性
最終一致性強(qiáng)調(diào)的是系統(tǒng)中所有的數(shù)據(jù)副本，在進(jìn)過(guò)一段時(shí)間的同步后觉既，最終能夠達(dá)到一個(gè)一致的狀態(tài)惧盹。最終一致性需要保證數(shù)據(jù)最終能夠一致而不需要保證數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)的一致性。
- 在沒有發(fā)生故障的前提下瞪讼，數(shù)據(jù)的一致性狀態(tài)的時(shí)間延時(shí)钧椰，取決于網(wǎng)絡(luò)延遲，系統(tǒng)負(fù)載符欠，數(shù)據(jù)恢復(fù)策略等等因素嫡霞。
（4）總結(jié)
- BASE 理論本質(zhì)上是對(duì) CAP 的延伸和補(bǔ)充，更具體地說(shuō)希柿，是對(duì) CAP 中 AP 方案的一個(gè)補(bǔ)充诊沪。其基本思路就是：通過(guò)業(yè)務(wù)，犧牲強(qiáng)一致性而獲得可用性曾撤，并允許數(shù)據(jù)在一段時(shí)間內(nèi)是不一致的端姚，但是最終達(dá)到一致性狀態(tài)。
三挤悉、思考：按照CAP理論如何設(shè)計(jì)一個(gè)電商系統(tǒng)渐裸？
- 首先個(gè)電商網(wǎng)站核心模塊有用戶，訂單，商品昏鹃，支付尚氛，促銷管理等
1、對(duì)于用戶模塊洞渤，包括登錄阅嘶，個(gè)人設(shè)置，個(gè)人訂單载迄，購(gòu)物車讯柔，收藏夾等，這些模塊保證AP宪巨，數(shù)據(jù)短時(shí)間不一致不影響使用磷杏。
2溜畅、訂單模塊的下單付款扣減庫(kù)存操作是整個(gè)系統(tǒng)的核心捏卓，CA都需要保證，極端情況下面犧牲A保證C
3慈格、商品模塊的商品上下架和庫(kù)存管理保證CP
4怠晴、搜索功能因?yàn)楸旧砭筒皇菍?shí)時(shí)性非常高的模塊，所以保證AP就可以了浴捆。
5蒜田、促銷是短時(shí)間的數(shù)據(jù)不一致，結(jié)果就是優(yōu)惠信息看不到选泻，但是已有的優(yōu)惠要保證可用冲粤，而且優(yōu)惠可以提前預(yù)計(jì)算，所以可以保證AP页眯。
6梯捕、支付這一塊是獨(dú)立的系統(tǒng)，或者使用第三方的支付寶窝撵，微信傀顾。其實(shí)CAP是由第三方來(lái)保證的，支付系統(tǒng)是一個(gè)對(duì)CAP要求極高的系統(tǒng)碌奉，C是必須要保證的短曾，AP中A相對(duì)更重要，不能因?yàn)榉謪^(qū)赐劣，導(dǎo)致所有人都不能支付
