CAP理論

為什么需要CAP理論

開發(fā)分布式系統(tǒng)時，我們需要根據(jù)業(yè)務(wù)特點，設(shè)計合適的分區(qū)容錯一致性模型，以實現(xiàn)集群能力。這個問題的棘手點在于：當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生分區(qū)錯誤時，應(yīng)該如何保障系統(tǒng)穩(wěn)定運行，不影響業(yè)務(wù)。而CAP理論可以解決這個問題。

CAP理論是一個很好的思考框架，它對分布式系統(tǒng)的特性做了高度抽象，將其抽象成一致性、可用性和分區(qū)容錯性，并對特性之間的沖突做了總結(jié)，即CAP不可能三角。一旦掌握它，我們就能根據(jù)業(yè)務(wù)特點，自然而然地設(shè)計出合適的分區(qū)容錯一致性模型。

什么是CAP理論

概念

在一個分布式系統(tǒng)（互相連接并共享數(shù)據(jù)的節(jié)點的集合）中，當(dāng)涉及讀寫操作時，只能保證

一致性、可用性和分區(qū)容錯性中的兩個，另一個必須被犧牲。

適用場景

CAP理論探討的是

• 節(jié)點互聯(lián)和共享數(shù)據(jù)的分布式系統(tǒng)。如果分布式系統(tǒng)的節(jié)點沒有互聯(lián)，或沒有共享數(shù)據(jù)，那就不是CAP理論討論的范圍。不過，這個條件是天然滿足的。畢竟，節(jié)點互聯(lián)和共享數(shù)據(jù)的分布式系統(tǒng)才會有數(shù)據(jù)一致性問題。

• CAP理論探討的是數(shù)據(jù)的讀寫操作，不是分布式系統(tǒng)的所有功能。也就是，CAP理論針對的是數(shù)據(jù)，不是整個系統(tǒng)。因為一個系統(tǒng)可能有多份數(shù)據(jù)。

CAP三個指標(biāo)

CAP 理論對分布式系統(tǒng)的特性做了高度抽象，形成了三個指標(biāo)：

• 一致性：對客戶端的每次讀取操作，不管訪問的是哪個節(jié)點，返回的都是同一份最新的數(shù)據(jù)，否則讀取失敗。一致性強調(diào)各節(jié)點間的數(shù)據(jù)一致。也就是說，在客戶端看來，集群和單機在數(shù)據(jù)一致性上是一樣的。
• 可用性：對客戶端的任何請求，訪問非故障節(jié)點時，都能返回合理的響應(yīng)（不是錯誤或者超時），但不保證是同一份最新數(shù)據(jù)。可用性強調(diào)服務(wù)可用，但不保證數(shù)據(jù)的一致。
• 分區(qū)容錯性：當(dāng)出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)分區(qū)^[1]時，系統(tǒng)可以繼續(xù)提供服務(wù)。網(wǎng)絡(luò)分區(qū)可能是因為消息丟失，高延遲，連接中斷等等。分區(qū)容錯性強調(diào)系統(tǒng)對分區(qū)故障的容錯性。

CAP不可能三角

CAP 不可能三角指，對于一個分布式系統(tǒng)來說，一致性、可用性和分區(qū)容錯性三者不可兼得，只能選擇其中兩個。

如何使用CAP理論

• 分區(qū)容錯性（P）必選。分布式系統(tǒng)一定有網(wǎng)絡(luò)交互。只要有網(wǎng)絡(luò)交互，就一定會出現(xiàn)消息丟失等網(wǎng)絡(luò)故障。這種狀況我們必須接受，還必須保證系統(tǒng)正常運行。
• 當(dāng)發(fā)生網(wǎng)絡(luò)分區(qū)時，要么選擇一致性（C），保證數(shù)據(jù)的絕對一致；要么選擇可用性（A），保證服務(wù)可用。
  • 當(dāng)選擇了一致性（C）時，即采用CP模型，如果發(fā)生網(wǎng)絡(luò)分區(qū)，集群拒絕客戶端的寫請求，因為服務(wù)法保證所有節(jié)點間的數(shù)據(jù)一致。
  • 當(dāng)選擇了可用性（A）時，即采用AP模型，如果發(fā)生網(wǎng)絡(luò)分區(qū)，集群仍然接受客戶端的讀、寫請求，但是節(jié)點返回的可能不是最新的數(shù)據(jù)。
• 不存在網(wǎng)絡(luò)分區(qū)的情況下，即系統(tǒng)正常運行的情況下，一致性（C） 和可用性（ A） 要能夠同時保證。

實戰(zhàn)

如何為系統(tǒng)設(shè)計分區(qū)容錯一致性模型？

• CAP理論針對的是數(shù)據(jù)，而不是系統(tǒng)；一個系統(tǒng)有多種數(shù)據(jù)。所以，一個系統(tǒng)有多種分區(qū)容錯一致性模型。
• 分區(qū)容錯性（P）必選。在發(fā)生分區(qū)故障時，系統(tǒng)必須還能正常運行。
• 當(dāng)發(fā)生網(wǎng)絡(luò)分區(qū)，選擇一致性還是可用性，取決于：數(shù)據(jù)不一致對系統(tǒng)有沒有影響？我們能容忍這種影響嗎？如果可以，選擇可用性，否則一致性。

1. 網(wǎng)絡(luò)分區(qū)指的是網(wǎng)絡(luò)故障將整個網(wǎng)絡(luò)分為多個子網(wǎng)絡(luò)，子網(wǎng)絡(luò)間不互通，但是子網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的節(jié)點間是互通的。 ?