理論的優(yōu)點(diǎn)在于清晰簡(jiǎn)潔首昔、易于理解寡喝，但缺點(diǎn)就是高度抽象化，省略了很多細(xì)節(jié)勒奇，導(dǎo)致在將理論應(yīng)用到實(shí)踐時(shí)拘荡，由于各種復(fù)雜情況，可能出現(xiàn)誤解和偏差撬陵，CAP 理論也不例外珊皿。如果我們沒(méi)有意識(shí)到這些關(guān)鍵的細(xì)節(jié)點(diǎn)，那么在實(shí)踐中應(yīng)用 CAP 理論時(shí)巨税，就可能發(fā)現(xiàn)方案很難落地蟋定。
而且當(dāng)談到數(shù)據(jù)一致性時(shí)，CAP草添、ACID驶兜、BASE 難免會(huì)被我們拿出來(lái)討論，原因在于這三者都是和數(shù)據(jù)一致性相關(guān)的理論远寸，如果不仔細(xì)理解三者之間的差別抄淑，則可能會(huì)陷入一頭霧水的狀態(tài)，不知道應(yīng)該用哪個(gè)才好驰后。
今天肆资，我來(lái)講講CAP 的具體細(xì)節(jié)，簡(jiǎn)單對(duì)比一下 ACID灶芝、BASE 幾個(gè)概念的關(guān)鍵區(qū)別點(diǎn)郑原。
CAP 關(guān)鍵細(xì)節(jié)點(diǎn)
埃里克·布魯爾（Eric Brewer）在《CAP 理論十二年回顧：“規(guī)則”變了》（http://www.infoq.com/cn/articles/cap-twelve-years-later-how-the-rules-have-changed）一文中詳細(xì)地闡述了理解和應(yīng)用 CAP 的一些細(xì)節(jié)點(diǎn)，可能是由于作者寫(xiě)作風(fēng)格的原因夜涕，對(duì)于一些非常關(guān)鍵的細(xì)節(jié)點(diǎn)一句話就帶過(guò)了，這里我特別提煉出來(lái)重點(diǎn)闡述。
CAP 關(guān)注的粒度是數(shù)據(jù)愉适，而不是整個(gè)系統(tǒng)浸遗。
原文就只有一句話：
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，而每一次的決策可能因?yàn)榫唧w的操作驾胆，乃至因?yàn)闋可娴教囟ǖ臄?shù)據(jù)或用戶(hù)而有所不同涣澡。
但這句話是理解和應(yīng)用 CAP 理論非常關(guān)鍵的一點(diǎn)。CAP 理論的定義和解釋中俏拱，用的都是 system暑塑、node 這類(lèi)系統(tǒng)級(jí)的概念，這就給很多人造成了很大的誤導(dǎo)锅必，認(rèn)為我們?cè)谶M(jìn)行架構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)事格，整個(gè)系統(tǒng)要么選擇 CP，要么選擇 AP搞隐。但在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中驹愚，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(lèi)型的數(shù)據(jù)劣纲，有的數(shù)據(jù)必須選擇 CP逢捺，有的數(shù)據(jù)必須選擇 AP。而如果我們做設(shè)計(jì)時(shí)癞季，從整個(gè)系統(tǒng)的角度去選擇 CP 還是 AP劫瞳，就會(huì)發(fā)現(xiàn)顧此失彼倘潜，無(wú)論怎么做都是有問(wèn)題的。
以一個(gè)最簡(jiǎn)單的用戶(hù)管理系統(tǒng)為例志于，用戶(hù)管理系統(tǒng)包含用戶(hù)賬號(hào)數(shù)據(jù)（用戶(hù) ID涮因、密碼）、用戶(hù)信息數(shù)據(jù)（昵稱(chēng)伺绽、興趣养泡、愛(ài)好、性別奈应、自我介紹等）澜掩。通常情況下，用戶(hù)賬號(hào)數(shù)據(jù)會(huì)選擇 CP杖挣，而用戶(hù)信息數(shù)據(jù)會(huì)選擇 AP肩榕，如果限定整個(gè)系統(tǒng)為 CP，則不符合用戶(hù)信息數(shù)據(jù)的應(yīng)用場(chǎng)景程梦；如果限定整個(gè)系統(tǒng)為 AP点把，則又不符合用戶(hù)賬號(hào)數(shù)據(jù)的應(yīng)用場(chǎng)景。
所以在 CAP 理論落地實(shí)踐時(shí)屿附，我們需要將系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)按照不同的應(yīng)用場(chǎng)景和要求進(jìn)行分類(lèi)郎逃，每類(lèi)數(shù)據(jù)選擇不同的策略（CP 還是 AP），而不是直接限定整個(gè)系統(tǒng)所有數(shù)據(jù)都是同一策略挺份。
CAP 是忽略網(wǎng)絡(luò)延遲的褒翰。
這是一個(gè)非常隱含的假設(shè)，布魯爾在定義一致性時(shí)匀泊，并沒(méi)有將延遲考慮進(jìn)去优训。也就是說(shuō)，當(dāng)事務(wù)提交時(shí)各聘，數(shù)據(jù)能夠瞬間復(fù)制到所有節(jié)點(diǎn)揣非。但實(shí)際情況下，從節(jié)點(diǎn) A 復(fù)制數(shù)據(jù)到節(jié)點(diǎn) B躲因，總是需要花費(fèi)一定時(shí)間的早敬。如果是相同機(jī)房，耗費(fèi)時(shí)間可能是幾毫秒大脉；如果是跨地域的機(jī)房搞监，例如北京機(jī)房同步到廣州機(jī)房，耗費(fèi)的時(shí)間就可能是幾十毫秒镰矿。這就意味著琐驴，CAP 理論中的 C 在實(shí)踐中是不可能完美實(shí)現(xiàn)的，在數(shù)據(jù)復(fù)制的過(guò)程中，節(jié)點(diǎn) A 和節(jié)點(diǎn) B 的數(shù)據(jù)并不一致绝淡。
不要小看了這幾毫秒或者幾十毫秒的不一致宙刘，對(duì)于某些嚴(yán)苛的業(yè)務(wù)場(chǎng)景，例如和金錢(qián)相關(guān)的用戶(hù)余額牢酵，或者和搶購(gòu)相關(guān)的商品庫(kù)存荐类，技術(shù)上是無(wú)法做到分布式場(chǎng)景下完美的一致性的。而業(yè)務(wù)上必須要求一致性茁帽，因此單個(gè)用戶(hù)的余額、單個(gè)商品的庫(kù)存屈嗤，理論上要求選擇 CP 而實(shí)際上 CP 都做不到潘拨，只能選擇 CA。也就是說(shuō)饶号，只能單點(diǎn)寫(xiě)入铁追，其他節(jié)點(diǎn)做備份，無(wú)法做到分布式情況下多點(diǎn)寫(xiě)入茫船。
需要注意的是琅束，這并不意味著這類(lèi)系統(tǒng)無(wú)法應(yīng)用分布式架構(gòu)，只是說(shuō)“單個(gè)用戶(hù)余額算谈、單個(gè)商品庫(kù)存”無(wú)法做分布式涩禀，但系統(tǒng)整體還是可以應(yīng)用分布式架構(gòu)的。例如然眼，下面的架構(gòu)圖是常見(jiàn)的將用戶(hù)分區(qū)的分布式架構(gòu)艾船。
我們可以將用戶(hù) id 為 0 ~ 100 的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在 Node 1，將用戶(hù) id 為 101 ~ 200 的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在 Node 2高每，Client 根據(jù)用戶(hù) id 來(lái)決定訪問(wèn)哪個(gè) Node屿岂。對(duì)于單個(gè)用戶(hù)來(lái)說(shuō)，讀寫(xiě)操作都只能在某個(gè)節(jié)點(diǎn)上進(jìn)行鲸匿；對(duì)所有用戶(hù)來(lái)說(shuō)爷怀，有一部分用戶(hù)的讀寫(xiě)操作在 Node 1 上，有一部分用戶(hù)的讀寫(xiě)操作在 Node 2 上带欢。
這樣的設(shè)計(jì)有一個(gè)很明顯的問(wèn)題就是某個(gè)節(jié)點(diǎn)故障時(shí)运授，這個(gè)節(jié)點(diǎn)上的用戶(hù)就無(wú)法進(jìn)行讀寫(xiě)操作了，但站在整體上來(lái)看洪囤，這種設(shè)計(jì)可以降低節(jié)點(diǎn)故障時(shí)受影響的用戶(hù)的數(shù)量和范圍徒坡，畢竟只影響 20% 的用戶(hù)肯定要比影響所有用戶(hù)要好。這也是為什么挖掘機(jī)挖斷光纜后瘤缩，支付寶只有一部分用戶(hù)會(huì)出現(xiàn)業(yè)務(wù)異常喇完，而不是所有用戶(hù)業(yè)務(wù)異常的原因。
正常運(yùn)行情況下剥啤，不存在 CP 和 AP 的選擇锦溪，可以同時(shí)滿足 CA不脯。
CAP 理論告訴我們分布式系統(tǒng)只能選擇 CP 或者 AP，但其實(shí)這里的前提是系統(tǒng)發(fā)生了“分區(qū)”現(xiàn)象刻诊。如果系統(tǒng)沒(méi)有發(fā)生分區(qū)現(xiàn)象防楷，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），我們沒(méi)有必要放棄 C 或者 A则涯，應(yīng)該 C 和 A 都可以保證复局，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，也要考慮分區(qū)沒(méi)有發(fā)生時(shí)如何保證 CA粟判。
同樣以用戶(hù)管理系統(tǒng)為例亿昏，即使是實(shí)現(xiàn) CA，不同的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)方式也可能不一樣：用戶(hù)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档礁，因?yàn)橄㈥?duì)列可以比較好地控制實(shí)時(shí)性角钩，但實(shí)現(xiàn)起來(lái)就復(fù)雜一些；而用戶(hù)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呻澜，因?yàn)閿?shù)據(jù)庫(kù)的方式雖然在某些場(chǎng)景下可能延遲較高递礼，但使用起來(lái)簡(jiǎn)單。
放棄并不等于什么都不做羹幸，需要為分區(qū)恢復(fù)后做準(zhǔn)備脊髓。
CAP 理論告訴我們?nèi)咧荒苋蓚€(gè)，需要“犧牲”（sacrificed）另外一個(gè)睹欲，這里的“犧牲”是有一定誤導(dǎo)作用的供炼，因?yàn)椤盃奚弊尯芏嗳死斫獬墒裁炊疾蛔觥?shí)際上窘疮，CAP 理論的“犧牲”只是說(shuō)在分區(qū)過(guò)程中我們無(wú)法保證 C 或者 A袋哼，但并不意味著什么都不做。因?yàn)樵谙到y(tǒng)整個(gè)運(yùn)行周期中闸衫，大部分時(shí)間都是正常的涛贯，發(fā)生分區(qū)現(xiàn)象的時(shí)間并不長(zhǎng)。例如蔚出，99.99% 可用性（俗稱(chēng) 4 個(gè) 9）的系統(tǒng)弟翘，一年運(yùn)行下來(lái)，不可用的時(shí)間只有 50 分鐘骄酗；99.999%（俗稱(chēng) 5 個(gè) 9）可用性的系統(tǒng)稀余，一年運(yùn)行下來(lái)，不可用的時(shí)間只有 5 分鐘趋翻。分區(qū)期間放棄 C 或者 A睛琳，并不意味著永遠(yuǎn)放棄 C 和 A，我們可以在分區(qū)期間進(jìn)行一些操作，從而讓分區(qū)故障解決后师骗，系統(tǒng)能夠重新達(dá)到 CA 的狀態(tài)历等。
最典型的就是在分區(qū)期間記錄一些日志，當(dāng)分區(qū)故障解決后辟癌，系統(tǒng)根據(jù)日志進(jìn)行數(shù)據(jù)恢復(fù)寒屯，使得重新達(dá)到 CA 狀態(tài)。同樣以用戶(hù)管理系統(tǒng)為例黍少，對(duì)于用戶(hù)賬號(hào)數(shù)據(jù)寡夹，假設(shè)我們選擇了 CP，則分區(qū)發(fā)生后厂置，節(jié)點(diǎn) 1 可以繼續(xù)注冊(cè)新用戶(hù)要出，節(jié)點(diǎn) 2 無(wú)法注冊(cè)新用戶(hù)（這里就是不符合 A 的原因，因?yàn)楣?jié)點(diǎn) 2 收到注冊(cè)請(qǐng)求后會(huì)返回 error）农渊，此時(shí)節(jié)點(diǎn) 1 可以將新注冊(cè)但未同步到節(jié)點(diǎn) 2 的用戶(hù)記錄到日志中。當(dāng)分區(qū)恢復(fù)后或颊，節(jié)點(diǎn) 1 讀取日志中的記錄砸紊，同步給節(jié)點(diǎn) 2，當(dāng)同步完成后囱挑，節(jié)點(diǎn) 1 和節(jié)點(diǎn) 2 就達(dá)到了同時(shí)滿足 CA 的狀態(tài)醉顽。
而對(duì)于用戶(hù)信息數(shù)據(jù)，假設(shè)我們選擇了 AP平挑，則分區(qū)發(fā)生后游添，節(jié)點(diǎn) 1 和節(jié)點(diǎn) 2 都可以修改用戶(hù)信息，但兩邊可能修改不一樣通熄。例如唆涝，用戶(hù)在節(jié)點(diǎn) 1 中將愛(ài)好改為“旅游、美食唇辨、跑步”廊酣，然后用戶(hù)在節(jié)點(diǎn) 2 中將愛(ài)好改為“美食、游戲”赏枚，節(jié)點(diǎn) 1 和節(jié)點(diǎn) 2 都記錄了未同步的愛(ài)好數(shù)據(jù)亡驰，當(dāng)分區(qū)恢復(fù)后，系統(tǒng)按照某個(gè)規(guī)則來(lái)合并數(shù)據(jù)饿幅。例如凡辱，按照“最后修改優(yōu)先規(guī)則”將用戶(hù)愛(ài)好修改為“美食、游戲”栗恩，按照“字?jǐn)?shù)最多優(yōu)先規(guī)則”則將用戶(hù)愛(ài)好修改為“旅游透乾，美食、跑步”，也可以完全將數(shù)據(jù)沖突報(bào)告出來(lái)续徽，由人工來(lái)選擇具體應(yīng)該采用哪一條蚓曼。
ACID
ACID 是數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)為了保證事務(wù)的正確性而提出來(lái)的一個(gè)理論，ACID 包含四個(gè)約束钦扭，下面我來(lái)解釋一下纫版。
1.Atomicity（原子性）
一個(gè)事務(wù)中的所有操作，要么全部完成客情，要么全部不完成其弊，不會(huì)在中間某個(gè)環(huán)節(jié)結(jié)束。事務(wù)在執(zhí)行過(guò)程中發(fā)生錯(cuò)誤膀斋，會(huì)被回滾到事務(wù)開(kāi)始前的狀態(tài)梭伐，就像這個(gè)事務(wù)從來(lái)沒(méi)有執(zhí)行過(guò)一樣。
2.Consistency（一致性）
在事務(wù)開(kāi)始之前和事務(wù)結(jié)束以后仰担，數(shù)據(jù)庫(kù)的完整性沒(méi)有被破壞糊识。
3.Isolation（隔離性）
數(shù)據(jù)庫(kù)允許多個(gè)并發(fā)事務(wù)同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行讀寫(xiě)和修改的能力。隔離性可以防止多個(gè)事務(wù)并發(fā)執(zhí)行時(shí)由于交叉執(zhí)行而導(dǎo)致數(shù)據(jù)的不一致摔蓝。事務(wù)隔離分為不同級(jí)別赂苗，包括讀未提交（Read uncommitted）、讀提交（read committed）贮尉、可重復(fù)讀（repeatable read）和串行化（Serializable）拌滋。
4.Durability（持久性）
事務(wù)處理結(jié)束后，對(duì)數(shù)據(jù)的修改就是永久的猜谚，即便系統(tǒng)故障也不會(huì)丟失败砂。
可以看到，ACID 中的 A（Atomicity）和 CAP 中的 A（Availability）意義完全不同魏铅，而 ACID 中的 C 和 CAP 中的 C 名稱(chēng)雖然都是一致性昌犹，但含義也完全不一樣。ACID 中的 C 是指數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)完整性览芳，而 CAP 中的 C 是指分布式節(jié)點(diǎn)中的數(shù)據(jù)一致性祭隔。再結(jié)合 ACID 的應(yīng)用場(chǎng)景是數(shù)據(jù)庫(kù)事務(wù)，CAP 關(guān)注的是分布式系統(tǒng)數(shù)據(jù)讀寫(xiě)這個(gè)差異點(diǎn)來(lái)看路操，其實(shí) CAP 和 ACID 的對(duì)比就類(lèi)似關(guān)公戰(zhàn)秦瓊疾渴，雖然關(guān)公和秦瓊都是武將，但其實(shí)沒(méi)有太多可比性屯仗。
BASE
BASE 是指基本可用（Basically Available）搞坝、軟狀態(tài)（ Soft State）、最終一致性（ Eventual Consistency）魁袜，核心思想是即使無(wú)法做到強(qiáng)一致性（CAP 的一致性就是強(qiáng)一致性）桩撮，但應(yīng)用可以采用適合的方式達(dá)到最終一致性敦第。
1. 基本可用（Basically Available）
分布式系統(tǒng)在出現(xiàn)故障時(shí)，允許損失部分可用性店量，即保證核心可用芜果。
這里的關(guān)鍵詞是“部分”和“核心”，具體選擇哪些作為可以損失的業(yè)務(wù)融师，哪些是必須保證的業(yè)務(wù)右钾，是一項(xiàng)有挑戰(zhàn)的工作。例如旱爆，對(duì)于一個(gè)用戶(hù)管理系統(tǒng)來(lái)說(shuō)舀射，“登錄”是核心功能，而“注冊(cè)”可以算作非核心功能怀伦。因?yàn)槲醋?cè)的用戶(hù)本來(lái)就還沒(méi)有使用系統(tǒng)的業(yè)務(wù)脆烟，注冊(cè)不了最多就是流失一部分用戶(hù)，而且這部分用戶(hù)數(shù)量較少房待。如果用戶(hù)已經(jīng)注冊(cè)但無(wú)法登錄邢羔，那就意味用戶(hù)無(wú)法使用系統(tǒng)。例如桑孩，充了錢(qián)的游戲不能玩了张抄、云存儲(chǔ)不能用了……這些會(huì)對(duì)用戶(hù)造成較大損失，而且登錄用戶(hù)數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于新注冊(cè)用戶(hù)洼怔，影響范圍更大。
2. 軟狀態(tài)（Soft State）
允許系統(tǒng)存在中間狀態(tài)左驾，而該中間狀態(tài)不會(huì)影響系統(tǒng)整體可用性镣隶。這里的中間狀態(tài)就是 CAP 理論中的數(shù)據(jù)不一致。
3. 最終一致性（Eventual Consistency）
系統(tǒng)中的所有數(shù)據(jù)副本經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后诡右，最終能夠達(dá)到一致的狀態(tài)安岂。
這里的關(guān)鍵詞是“一定時(shí)間” 和 “最終”，“一定時(shí)間”和數(shù)據(jù)的特性是強(qiáng)關(guān)聯(lián)的帆吻，不同的數(shù)據(jù)能夠容忍的不一致時(shí)間是不同的域那。舉一個(gè)微博系統(tǒng)的例子，用戶(hù)賬號(hào)數(shù)據(jù)最好能在 1 分鐘內(nèi)就達(dá)到一致?tīng)顟B(tài)猜煮，因?yàn)橛脩?hù)在 A 節(jié)點(diǎn)注冊(cè)或者登錄后次员，1 分鐘內(nèi)不太可能立刻切換到另外一個(gè)節(jié)點(diǎn)，但 10 分鐘后可能就重新登錄到另外一個(gè)節(jié)點(diǎn)了王带；而用戶(hù)發(fā)布的最新微博淑蔚，可以容忍 30 分鐘內(nèi)達(dá)到一致?tīng)顟B(tài)，因?yàn)閷?duì)于用戶(hù)來(lái)說(shuō)愕撰，看不到某個(gè)明星發(fā)布的最新微博刹衫，用戶(hù)是無(wú)感知的醋寝，會(huì)認(rèn)為明星沒(méi)有發(fā)布微博〈伲“最終”的含義就是不管多長(zhǎng)時(shí)間音羞，最終還是要達(dá)到一致性的狀態(tài)。
BASE 理論本質(zhì)上是對(duì) CAP 的延伸和補(bǔ)充仓犬，更具體地說(shuō)嗅绰，是對(duì) CAP 中 AP 方案的一個(gè)補(bǔ)充。前面在剖析 CAP 理論時(shí)婶肩，提到了其實(shí)和 BASE 相關(guān)的兩點(diǎn)：
CAP 理論是忽略延時(shí)的办陷，而實(shí)際應(yīng)用中延時(shí)是無(wú)法避免的。
這一點(diǎn)就意味著完美的 CP 場(chǎng)景是不存在的律歼，即使是幾毫秒的數(shù)據(jù)復(fù)制延遲民镜，在這幾毫秒時(shí)間間隔內(nèi)，系統(tǒng)是不符合 CP 要求的险毁。因此 CAP 中的 CP 方案制圈，實(shí)際上也是實(shí)現(xiàn)了最終一致性，只是“一定時(shí)間”是指幾毫秒而已畔况。
AP 方案中犧牲一致性只是指分區(qū)期間鲸鹦，而不是永遠(yuǎn)放棄一致性。
這一點(diǎn)其實(shí)就是 BASE 理論延伸的地方跷跪，分區(qū)期間犧牲一致性馋嗜，但分區(qū)故障恢復(fù)后，系統(tǒng)應(yīng)該達(dá)到最終一致性吵瞻。
綜合上面的分析葛菇，ACID 是數(shù)據(jù)庫(kù)事務(wù)完整性的理論，CAP 是分布式系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論橡羞，BASE 是 CAP 理論中 AP 方案的延伸眯停。
小結(jié)
今天我為你講了深入理解 CAP 理論所需要特別關(guān)注的細(xì)節(jié)點(diǎn)，以及 ACID 和 BASE 兩個(gè)相似的術(shù)語(yǔ)卿泽，這些技術(shù)細(xì)節(jié)在架構(gòu)設(shè)計(jì)中非常關(guān)鍵莺债，希望對(duì)你有所幫助。
這就是今天的全部?jī)?nèi)容签夭，留一道思考題給你吧齐邦，假如你來(lái)設(shè)計(jì)電商網(wǎng)站的高可用系統(tǒng)，按照 CAP 理論的要求第租，你會(huì)如何設(shè)計(jì)侄旬？
歡迎你把答案寫(xiě)到留言區(qū)，和我一起討論煌妈。相信經(jīng)過(guò)深度思考的回答儡羔，也會(huì)讓你對(duì)知識(shí)的理解更加深刻宣羊。（編輯亂入：精彩的留言有機(jī)會(huì)獲得豐厚福利哦！）
