CAP 定理
2000 年7月的時候，加州大學伯克利分校的Eric Brewer 教授提出了 CAP 猜想，2年後，被 來自于麻省理工 的Seth Gilbert 和 Nancy Lynch 從理論上證明了猜想的可能性，從此，CAP 定理正式在學術上成為了分布式 計算領域的公認定理。并深深的影響了分布式計算的發展。
CAP 理論含義是，一個分布式系統不可能同時滿足一緻性(C:Consistency)，可用性(A: Availability)和分區容錯 性(P:Partition tolerance)這三個基本需求，最多隻能同時滿足其中的2個。
| 選項 | 描述 |
|---|---|
| C 一緻性 | 分布式系統當中的一緻性指的是所有節點的資料一緻，或者說是所有副本的資料一緻 |
| A 可用性 | Reads and writes always succeed. 也就是說系統一直可用，而且服務一直保持正常 |
| P 分區容錯性 | 系統在遇到一些節點或者網絡分區故障的時候，仍然能夠提供滿足一緻性和可用性的服務 |
CAP詳細說明
我們拿上面的商品服務簡要說明
- C - Consistency
一緻性是值寫操作後讀操作可以讀到最新的資料狀态,當資料分布在多個節點上時,從任意節點讀取到的資料都是最新的.
商品資訊讀寫要滿足一緻性需要實作如下目标:
1.商品服務寫入主資料庫成功, 則想從資料庫查詢資料也成功
2.商品服務寫入主資料庫失敗,則向從資料庫查詢也失敗
如何實作一緻性?
1.寫入主資料庫後要資料同步到從資料庫
2.寫入主資料庫後,在向從資料庫同步期間要将從資料庫鎖定, 等待同步完成後在釋放鎖,以免在寫新資料後,向從資料 庫查詢到舊的資料.
分布式一緻性的特點:
1.由于存在資料庫同步過程,寫操作的響應會有一定的延遲
2.為了保定資料的一緻性,對資源暫時鎖定,待資料同步完成後釋放鎖定資源
3.如果請求資料同步失敗的節點則會傳回錯誤資訊, 一定不會傳回舊資料.
- A - Availability
可用性是指任何操作都可以得到響應的結果,且不會出現響應逾時或響應錯誤。
商品資訊讀寫要滿足可用性需要實作如下目标:
1.從資料庫接收到資料庫查詢的請求則立即能夠響應資料查詢結果
2.從資料庫不允許出現響應逾時或錯誤
如何實作可用性?
1.寫入主資料庫後要将資料同步到從資料
2.由于要保證資料庫的可用性,不可以将資料庫中資源鎖定
3.即使資料還沒有同步過來,從資料庫也要傳回查詢資料, 哪怕是舊資料,但不能傳回錯誤和逾時.
- P - Partition tolerance
分布式系統的各個節點部署在不同的子網中, 不可避免的會出現由于網絡問題導緻節點之間通信失敗,此時仍可以對
外提供服務, 這個就是分區容錯性 (分區容忍性).
商品資訊讀寫要滿足分區容錯性需要實作如下目标:
1.主資料庫向從資料庫同步資料失敗不影響寫操作
2.其中一個節點挂掉不會影響另一個節點對外提供服務
如何實作分區容錯性?
1.盡量使用異步取代同步操作,舉例 使用異步方式将資料從主資料庫同步到從資料庫, 這樣節點之間能有效的實作松 耦合;
2.添加資料庫節點,其中一個從節點挂掉,由其他從節點提供服務
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關于CAP這三個特性我們就介紹完了，接下來我們試着證明一下為什麼CAP不能同時滿足。
假設有一個系統如下:
分布式理論:CAP定理
有使用者向N1發送了請求更改了資料，将資料庫從V0更新成了V1。由于網絡斷開，是以N2資料庫依然是V0，如果這個時候 有一個請求發給了N2，但是N2并沒有辦法可以直接給出最新的結果V1，這個時候該怎麼辦呢?
這個時候無法兩種方法，一種是将錯就錯，将錯誤的V0資料傳回給使用者。第二種是阻塞等待，等待網絡通信恢複，N2中 的資料更新之後再傳回給使用者。顯然前者犧牲了一緻性，後者犧牲了可用性。
這個例子雖然簡單，但是說明的内容卻很重要。在分布式系統當中，CAP三個特性我們是無法同時滿足的，必然要舍棄一 個。三者舍棄一個，顯然排列組合一共有三種可能。
- 舍棄P(分區容錯性)，保留CA(一緻性和可用性)
一個系統保證了一緻性和分區容錯性，舍棄可用性。也就是說在極端情況下，允許出現系統無法通路的情況出現，這個 時候往往會犧牲使用者體驗，讓使用者保持等待，一直到系統資料一緻了之後，再恢複服務。
- 舍棄C(一緻性)，保留AP(可用性和分區容錯性)
這種是大部分的分布式系統的設計，保證高可用和分區容錯，但是會犧牲一緻性。
- 舍棄P(分區容錯性)，保留CA(一緻性和可用性)
如果要舍棄P，那麼就是要舍棄分布式系統，CAP也就無從談起了。可以說P是分布式系統的前提，是以這種情況是不存在 的。