架構設計之「 CAP 定理 」

CAP定理是分佈式系統中最基礎的原則。因此理解和掌握了CAP，對系統架構的設計相當重要。

「 CAP定理 」又被稱爲 布魯爾定理，它提出對於一個分佈式系統而言，不能同時知足如下三點：

• Consisteny（一致性）
• Availability（可用性）
• Partition tolerance（分區容錯性）

也就是說CAP定理指明瞭，任何分佈式系統只能同時知足這三項中的兩項。

 

 

如上圖，若是是最多同時知足兩項，那咱們能夠有三個組合：CA、CP、AP。在聊這三個組合以前，咱們先分別看一下 Consisteny（一致性）、Availability（可用性）、Partition tolerance（分區容錯性）的含義。

假設某個系統當前有兩個節點A和B，兩個節點分別能夠由Actor進行讀寫，兩個節點之間的數據會自動完成同步。

1. Consisteny（一致性）

一致性的要求是指，對於任何客戶端（上圖Actor）來講，每次的讀操做，都能得到最新的數據。即，當有客戶端向A節點寫入了新數據以後，其它客戶端從B節點中進行讀操做所得到的數據必須也是最新的，是與A節點數據保持一致的。

2. Availability（可用性）

可用性的要求是指，每一個請求都能在合理的時間內得到符合預期的響應（不保證獲取的結果是最新的數據）。

按照上圖來看就是，客戶端只要向A節點或B節點發起請求後，只要這兩個節點收到了請求，就必須響應給客戶端，但不須要保證響應的值是否正確。

3. Partition tolerance（分區容錯性）

分區容錯性是指，當節點之間的網絡出現問題以後，系統依然能正常提供服務。

講完了C、A、P的含義和要求，咱們繼續來看看它們之間如何組合使用。

2、CAP怎麼應用

有 CA、CP、AP 三種組合方式，可是在分佈式系統的結構下，網絡是不可能作到100%可靠的。若是選擇 CA組合，放棄 P（分區容錯性）。仍是以最上面的圖中A和B節點來舉例，當發生節點間網絡故障時，爲了保證 C（一致性），那麼就必須將系統鎖住，不容許任何寫入操做，否者就會出現節點之間數據不一致了。可是鎖住了系統，就意味着當有寫請求進來的時候，系統是不可用的，這一點又違背了 A（可用性）原則。

所以分佈式系統理論上是不可能有CA組合的，因此咱們只能選擇 CP 和 AP組合架構。

下面咱們來詳細看一下  CP架構 和 AP架構的特色：

CP 架構

CP架構即 Consisteny（一致性）與 Partition tolerance（分區容錯性）的組合。

 

 

1. 如上圖，因爲網絡問題，節點A和節點B以前不能互相通信。當有客戶端（上圖Actor）向節點A進行寫入請求時（準備寫入Message 2），節點A會不接收寫入操做，致使寫入失敗，這樣就保證了節點A和節點B的數據一致性，即保證了Consisteny（一致性）。

而後，若是有另外一個客戶端（上圖另外一個Actor）向B節點進行讀請求的時候，B請求返回的是網絡故障以前所保存的信息（Message 1），而且這個信息是與節點A一致的，是整個系統最後一次成功寫入的信息，是能正常提供服務的，即保證了Partition tolerance（分區容錯性）。

上述狀況就是保障了CP架構，但放棄了Availability（可用性）的方案。

2. AP 架構

AP架構即 Availability（可用性）與 Partition tolerance（分區容錯性）的組合架構。

 

 

如上圖，因爲網絡問題，節點A和節點B以前不能互相通信。當有客戶端（上圖Actor）向節點A進行寫入請求時（準備寫入Message 2），節點A容許寫入，請求操做成功。但此時，因爲A和B節點以前沒法通信，因此B節點的數據仍是舊的（Message 1）。當有客戶端向B節點發起讀請求時候，讀到的數據是舊數據，與在A節點讀到的數據不一致。但因爲系統能照常提供服務，因此知足了Availability（可用性）要求。

所以，這種狀況下，就是保障了AP架構，但其放棄了 Consisteny（一致性）。

以上，就是對CAP定理的一些思考。但願對你們有所幫助。

參考 https://mp.weixin.qq.com/s/BtHPlZOvy8HNK1TuOrDxLA