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分布式系統的CAP定理

2020-09-12 19:05:21 軟體設計

 

CAP定理|理論

在一個分布式系統中,

  • Consistency(資料一致性)
  • Availability(服務可用性)
  • Partition tolerance(磁區容錯性)

三者不可兼得,最多只能同時滿足二點,沒法三者兼顧,

 

 


  

 

一致性(Consistency)  

在分布式系統中的所有資料備份,在同一時刻是否具有相同的值(所有節點持有的是否都是同一份最新的資料),

比如資料庫主庫寫,從庫讀,用戶完成支付再查詢訂單狀態,主庫執行寫操作把訂單狀態改為了已支付,從從庫查詢訂單狀態時要是已支付,資料是一致的、同步的,

 

更新操作執行成功后所有的用戶都應該讀到最新的資料,即所有資料備份都是最新的資料,這樣的系統被認為具有強一致性,

優點: 資料一致,資料不會出錯;缺點: 效率低下,

 

 

  • 強一致性(strong consistency)

任何時刻,所有用戶都能讀取到最近一次成功更新的資料,所有用戶讀取的資料都是最新的,

 

  • ? 單調一致性(monotonic consistency)

任何時刻,用戶一旦讀取到某個資料在某次更新后的值,就不會再讀到比這個值更舊的值,即讀取到的資料的版本是單調遞增的,

 

  • 會話一致性(session consistency)

在某次會話中,用戶一旦讀取到某個資料在某次更新后的值,在本次會話中就不會再讀取到比這個值更舊的值,

會話一致性是在單調一致性的基礎上進一步放松約束,只保證單個用戶、單個會話內的單調性,在不同用戶或同一用戶的不同會話之間則沒有保障,

 

  • 最終一致性(eventual consistency)

不能保證用戶讀取到的是最近一次更新后的資料,但系統可以保證資料最侄訓達到完全一致的狀態,只是所需時間不能保障,

 

  • 弱一致性(weak consistency)

用戶無法在確定時間內讀到最新的資料,

 

不滿足強一致性,但一般都要使用一些方式(加鎖),使資料具有最終一致性,

 

 

 

可用性(Availablity)

負載過大后,系統是否還能回應客戶端的讀寫請求,回應指的是在正常時間內處理完請求,

比如原來qps(每秒訪問量)是1000,現在漲到10000,依然能正常訪問,

 

 

磁區容錯性(Partition-torlerance)

即高可用性,一個節點崩潰、故障,不會影響到其它節點,

怎么才能做到?增加機器數量,做集群,少數節點掛掉,集群整體依然可用,

 

集群節點越多,磁區容錯性越強,但完成這些機器資料同步花費的時間也越多,IO壓力大,資料一致性越得不到保證(越差),

 

 

 


 

  

 

 滿足CA,不滿足p

滿足A=>在指定時間內處理完請求,滿足C=>完成機器的資料同步,要在指定時間內處理完請求、并完成資料同步,那集群的機器就得少(機器多了同步要花大量時間、時間不夠),所以不滿足P,

 

 

滿足CP,不滿足A

滿足P=>集群、機器多,滿足C=>資料同步、要花時間,機器又多、還要等這些機器完成資料同步才處理請求,那完成回應的時間就得不到保證,所以不滿足A,

 

 

滿足AP,不滿足C

滿足A=>指定時間內完成,滿足P=>集群、機器多,機器又多、還要再指定時間內完成這些機器的資料同步,指定時間內資料可能復制不完、同步得不到保證,所以不滿足C,

 

 

 


 

  

 

一臺機器肯定是不行的,一旦發生什么故障,比如該服務器網路故障,系統就掛了,

一般都要做集群來保證磁區容錯性(P,高可用),所以往往是在A、C之間取舍,

 

 

ZK保證了資料一致性(C),但選舉新的leader時集群不能對外提供服務,不滿足可用性(A),

Eureka保證了可用性(A),Eureka是去中心化的,集群每個節點的地位都是一樣的,一個Eureka Server掛了,其它的Eureka Server不受影響,依然能對外提供服務,

但每個Erueka Server都需要從其它所有的Eureka Server上同步資料,容易受網路故障影響,網路波動一下資料就不一致了,不滿足資料一致性(C),

 

 

選擇注冊中心時,看專案對A、C中哪一個需求更高:

對C要求高的,比如銀行的專案都涉及錢財,優先選擇ZK,負載大了大不了用戶訪問不了,錢財好歹是安全的、賬目好歹是對的,

對A要求高的,比如選課系統,高考、四六級查分,電商系統,負載大時依然要可用、扛得住,優先選Eureka,

 

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