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轻松理解CAP理论

作者:互联网

分布式系统(distributed system)正变得越来越重要,大型网站几乎都是分布式的。

分布式系统的最大难点,就是各个节点的状态如何保持一致。CAP理论是在设计分布式系统的过程中,处理数据一致性问题时必须考虑的理论。

一、什么是CAP理论

CAP即:

这三个性质对应了分布式系统的三个指标:
而CAP理论说的就是:一个分布式系统,不可能同时做到这三点。如下图:

 
Consistency : Every read receives the most recent write or an error
Availability : Every request receives a (non-error) response – without the guarantee that it contains the most recent write
Partition tolerance : The system continues to operate despite an arbitrary number of messages being dropped (or delayed) by the network between nodes

翻译一下就是:
①一致性:对于客户端的每次读操作,要么读到的是最新的数据,要么读取失败。换句话说,一致性是站在分布式系统的角度,对访问本系统的客户端的一种承诺:要么我给您返回一个错误,要么我给你返回绝对一致的最新数据,不难看出,其强调的是数据正确。

②可用性:任何客户端的请求都能得到响应数据,不会出现响应错误。换句话说,可用性是站在分布式系统的角度,对访问本系统的客户的另一种承诺:我一定会给您返回数据,不会给你返回错误,但不保证数据最新,强调的是不出错。

③分区容忍性:由于分布式系统通过网络进行通信,网络是不可靠的。当任意数量的消息丢失或延迟到达时,系统仍会继续提供服务,不会挂掉。换句话说,分区容忍性是站在分布式系统的角度,对访问本系统的客户端的再一种承诺:我会一直运行,不管我的内部出现何种数据同步问题,强调的是不挂掉。

三、权衡 C、A

之前提到,CAP理论说一个分布式系统不可能同时满足C、A、P这三个特性。那么我们就来分析C、A、P的权衡吧。

note:其实这里有个关于CAP理论理解的误区。不要以为在所有时候都只能选择两个特性。在不存在网络失败的情况下(分布式系统正常运行时),C和A能够同时保证。只有当网络发生分区或失败时,才会在C和A之间做出选择。

对于一个分布式系统而言,P是前提,必须保证,因为只要有网络交互就一定会有延迟和数据丢失,这种状况我们必须接受,必须保证系统不能挂掉。所以只剩下C、A可以选择。要么保证数据一致性(保证数据绝对正确),要么保证可用性(保证系统不出错)。

当选择了C(一致性)时,如果由于网络分区而无法保证特定信息是最新的,则系统将返回错误或超时。

当选择了A(可用性)时,系统将始终处理客户端的查询并尝试返回最新的可用的信息版本,即使由于网络分区而无法保证其是最新的。

四、C、A、P三者之间的冲突

本部分主要参考分布式CAP定理,为什么不能同时满足三个特性?

假设有两台服务器,一台放着应用A和数据库V,一台放着应用B和数据库V,他们之间的网络可以互通,也就相当于分布式系统的两个部分。

在满足一致性的时候,两台服务器(假设为N1,N2)的数据是一样的,DB0=DB0。在满足可用性的时候,用户不管是请求N1或者N2,都会得到立即响应。在满足分区容错性的情况下,N1和N2有任何一方宕机,或者网络不通的时候,都不会影响N1和N2彼此之间的正常运作。

图1中,用户通过N1中的A应用请求数据更新到服务器DB0,这时N1中的服务器DB0变为DB1,通过分布式系统的数据同步更新操作,N2服务器中的数据库V0也更新为了DB1(图2),这时,用户通过B向数据库发起请求得到的数据就是即时更新后的数据DB1。

上面是正常运作的情况,但分布式系统中,最大的问题就是网络,现在假设一种极端情况,N1和N2之间的网络断开了,但我们仍要支持这种网络异常,也就是满足分区容错性,那么这样能不能同时满足一致性和可用性呢?

假设N1和N2之间通信的时候网络突然出现故障,有用户向N1发送数据更新请求,那N1中的数据DB0将被更新为DB1,由于网络是断开的,N2中的数据库仍旧是DB0;

如果这个时候,有用户向N2发送数据读取请求,由于数据还没有进行同步,应用程序没办法立即给用户返回最新的数据DB1,怎么办呢?有二种选择,第一,牺牲数据一致性,响应旧的数据DB0给用户;第二,牺牲可用性,阻塞等待,直到网络连接恢复,数据更新操作完成之后,再给用户响应最新的数据DB1。

 

参考:

https://zhuanlan.zhihu.com/p/98393679

https://baijiahao.baidu.com/s?id=1650890231453975345&wfr=spider&for=pc

https://zhuanlan.zhihu.com/p/50990721

 

 

 

标签:可用性,CAP,轻松,理解,分布式系统,N1,N2,数据
来源: https://www.cnblogs.com/fnlingnzb-learner/p/16459095.html