看《大明王朝1566》聊分佈式中的CAP和BASE理論

概述 CAP 和 BASE 理論

基本上接觸過度布式系統的朋友都知道 CAP 和 BASE 理論，這兩個理論對工程實踐中的分佈式架構設計具備重要的影響。CAP 理論是加州大學伯克利分校的 Eric Brewer 教授提出的，並被 MIT 的 Seth Gilbert 和 Nancy Lynch 使用學術理論進行了嚴格的證實。

CAP 和 BASE 理論都有數學證實，但今天打算以一種輕鬆些的方式來最兩個理論作個淺顯的解釋。

最近偶爾刷一集《大明王朝1566》，這部劇以前看過開頭幾集，後來由於畫質差沒資源沒有繼續看，最近優酷貌似重製了，清晰度好了一些，就偶爾有時間刷一集，這真是一部好劇啊。今天就拿大明王朝的故事背景來對 CAP 和 BASE 理論作個介紹吧，但願不會寫的太爛。

大明王朝故事背景

歷史上學過明朝設有內閣和司禮監，皇帝經過管理內閣和司禮監來管理天下，這種機制其實應該是很先進的皇權機制了。不過，明嘉靖帝，沉迷修道昇仙，執政期間嚴嵩父子把持朝政、一手遮天、貪墨不可勝數。雖然說內閣和司禮監腐敗嚴重，但劇裏內閣的嚴嵩和司禮監的呂公公在決策上仍是會聽皇帝的。這就不講了，如今迴歸主題吧，如今主要引入劇中的以下幾我的：

• 嘉靖：明朝皇帝，對於重要決策，通常會聯合內閣和司禮監進行商討，最終各方達成一致；
• 嚴嵩：內閣首輔，主要管理兩京一十三省的各地官員；
• 呂芳：司禮監總管，主要管理宮廷有關的事宜；
• 楊金水：呂芳乾兒子，任浙江任織造局總管，主要負責江浙織造絲綢管理，賣絲綢，其實就是替皇帝作生意的；
• 鄭泌昌、何茂才：嚴嵩手下，一個任浙江巡撫，一個是按察使，屬封疆大吏；
• 海瑞：時任杭州淳安縣知縣，由裕王舉薦而來，奉命處理堤壩決堤後的賑災事情；

爲何 CAP 沒法同時被知足？

故事發生時，南有戚繼光抗倭激戰，北有韃靼入侵，急需大量軍需，然通過長達二十多年的朝政腐敗，國庫空虛，皇帝通過與內閣和司禮監商量後，決定在浙江推行改稻爲桑的國策，就是把稻田改成桑田養蠶生絲，進而多織絲綢出口賺錢，然而遭到農民反對，鄭必昌何茂才在收到嚴嵩兒子密令後，決定決堤淹城，以達到改稻爲桑的目的，事發後，淳安所有被淹、建德半數被淹，災民無數。這時，海瑞出場了，其到達淳安後，發現貪腐嚴重，堤壩被毀另有隱情，阻止改稻爲桑，決定一查到底。

海瑞畢竟是皇帝兒子舉薦的官兒，鄭何和楊金水等人不敢任意幹掉海瑞，只能上書上司，楊金水就寫信給呂芳，鄭何二人就寫信給嚴嵩兒子。由於改稻爲桑推行不下去是大事啊，因此嚴嵩和呂芳都很是重視，收到來信後當即想了對策，然而兩人想的對策不同，等皇上來決定吧，決定完了下發到浙江官員。正巧這個時候嘉靖在修道昇仙，閉關不問世事。這樣，兩我的的意見不一致，而且沒法達到統一，底下人都在等着回信，若是十天收不到回信下面可能就亂了，可是皇帝要閉關一個月。

上面這段陳述中：

• 皇帝閉關就至關於嚴嵩和呂芳達成一致的通道斷了，在分佈式中就是兩個節點發生了網絡分區；

• 底下人等着回信，十天沒收到回信就亂了，若是十天內收到了上面的回信，對應到分佈式中就是保證了可用性；

• 嚴嵩和呂芳就意見沒法達成一致，那麼對應到分佈式中就是沒有保證一致性

再簡述一下分佈式系統中 CAP 的意義：

• P 表明着分區容忍性，要知足 P 就表示容許網絡分區的發生(容許嘉靖帝閉關)；

• C 表示一致性，知足 C 就要求全部節點數據須要一致(嚴嵩和呂芳意見應該達成一致)；

• A 表示可用性，就是說對於他人的請求，節點須要提供服務響應的返回(嚴嵩和呂芳不讓下面的人等太久)

那爲何 CAP 沒法同時知足呢？

• 若是知足 CP，那麼因爲嘉靖帝閉關的一個月期間(P)，嚴嵩和呂芳沒法經過嘉靖帝達成一致，若是要保證一致(C)，那就只能等嘉靖帝出關，然而這須要一個月的時間，下面的人早就等瘋了，這就至關於服務不可用了，因此沒法知足 A；

• 若是知足 AP，那麼嚴嵩和呂芳必須在10天內回覆(A)，然而皇帝閉關一個月(P)，那麼兩人在十天內是沒法達成一致的，也就是沒法知足 C；

• 若是知足 CA，要在10天內回覆下層官員，另外嚴嵩和呂芳兩人也要意見一致，那隻能在10天內請皇帝出關了，那就沒法知足 P；

不知道這麼講是否夠明白，CAP三個要求是沒法同時知足的，那 BASE 理論在 CAP 的基礎上作了什麼讓步和平衡？下面一塊兒來看看。

BASE 基於 CAP 作了什麼樣的權衡？

BASE 包含三個方面：Basically Available(基本可用)、Soft state(弱狀態)和 Eventually consistent(最終一致性)。咱們從上面的故事來講一下這幾個概念。

對於分佈式系統來講，必需要知足分區容錯性，不然各個節點就至關於一個節點了，分佈式就沒有任何意義了。在知足分區容錯性的條件下：

• Basically Available

就是說節點在出現問題時，不是徹底不可用，而是容許損失部分可用性。例如，嚴嵩和呂芳沒法達成一致，這時不能讓下面等待一個月沒有回信，這時發送一個降級的決策(例如讓下面官員先跟海瑞等進行斡旋，不讓其查到要命的證據)，或者下面官員本身先搞一些應對措施，而後加長等待時間(能夠等待一個月)，這樣，整個系統不至於徹底亂掉，而是先有一些應對措施。這就是基本可用。

• Soft state

嚴嵩和呂芳先將本身的第一個建議性的決策下發，等待皇帝出關後再進行一致性決策。在第一個建議性的決策到最終一致性決策期間，其實兩方的意見並不一致，BASE理論容許在必定時間內存在這種狀態。這就是軟狀態。

• Eventually consistent

在皇帝出關後，呂芳嚴嵩當即與皇帝協商，而後獲得一致的決策。這個時候，若是下面應付不了，那麼會再次上書，這時，嚴嵩呂芳已經有了一致的結論，那麼再次下發給下層官員時，就是一致的決策了，這樣鄭必昌、何茂才、楊金水就能夠已一致性的態度對待海瑞了。這就是最終一致性。