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@jewes 2015-02-04T21:55:28.000000Z 字数 1792 阅读 7585

谈谈对CAP定理的理解

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CAP定理的常规解释是任何分布式系统只能在一致性(Consitency),可用性(Availability)和分区容忍性(Partition Tolerance)中三选二。这个解释很让人费解,笔者在看了一些文章后谈谈我对它的理解,还请斧正。

从问题出发

假设我们用一台服务器A对外提供存储服务,为了避免这台服务器宕机导致服务不可用,我们又在另外一台服务器B上运行了同样的存储服务。每次用户在往服务器A写入数据的时候,A都往服务器B上写一份,然后再返回客户端。一切都运行得很好,用户的每份数据都存了两份,分别在A和B上,用户访问任意一台机器都能读取到最新的数据。
这时不幸的事情发生,A和B之间的网络断了导致A和B无法通信,也就是说网络出现了分区,那么用户在往服务器A写入数据的时候,服务器A无法将该数据写入到服务器B。这时,服务器A就必须要做出一个艰难的选择:

这就是CAP定理试图解释的问题。

分布式系统无法放弃网络分区容忍性

网络分区准确地说是指两台机器无法在期望的时间内完成数据交换。这不仅仅是指两台机器之间的网络完全断开了,还可能有其他情况产生网络分区,比如对方机器宕机了,网络延时等情况。因此,在分布式系统中,通常是无法放弃Partition Tolerance的,也就只能在CP和AP之间做选择了。如果有个分布式系统号称是CA的,那一定是扯淡。

可用性和一致性的选择

可用性和一致性之间的选择不是非此即彼的,而是根据业务的需求在它们两者之间做妥协。比如,我们可以放弃对强一致性的追求,让其变成最终一致性,也就是说当服务器A不能把数据传给服务器B时,它先将数据缓存在其本地,等到网络恢复以后再将数据传给服务器B。这样,服务还是可用的,只是在一定的时间窗口内两者的数据是不一致的。

对网络分区的处理

对网络分区的处理有以下几个步骤:
1. 检测网络是否出现分区
2. 当分区出现了,进入分区模式并限制某些操作
3. 当网络恢复后,启动分区恢复

handling partition
从图中可见(图片来自 InfoQ),系统最开始是处于一致的状态S,然后分区出现了,每个分区的状态分别变成了S1和S2(这是为了保证系统的可用性,每个分区继续响应客户端的请求)。接着,网络恢复后开始分区合并,将S1和S2状态合并成为新的一致状态S‘。是不是看起来和代码版本管理很类似?

小结

其实CAP定理本身很简单,只是被人为地搞复杂了。简单地说,就是分布式系统中,架构师只能在一致性和可用性之间妥协。而复杂的是如何根据业务系统的需要在二者之间取舍,以及如何应对网络出现分区。

参考文献

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