CAP理論

CAP理(li)論說明在(zai)分布式系統中，一致性，可用性和分區(qu)容忍性中的(de)3項只(zhi)能滿足兩項

• C：一致性(xing)：假設(she)在 T 時刻(ke)寫入了一個值(zhi)，那(nei)么在 T 之后的(de)讀取一定要(yao)能讀到這個最(zui)新的(de)值(zhi)。

• A：可用性(xing)：也(ye)就(jiu)是無論系統發(fa)生任何(he)故障(zhang)，都(dou)仍(reng)然能對外(wai)提供服務。

• P：分區容忍性(xing)。

P：分區容忍(ren)性

分(fen)區錯(cuo)(cuo)誤(wu)指的是(shi)分(fen)布式(shi)集群中(zhong)的出(chu)現(xian)兩(liang)(liang)個節(jie)點(dian)(dian)(dian)之間(jian)通(tong)信失敗，可能是(shi)兩(liang)(liang)個節(jie)點(dian)(dian)(dian)之間(jian)的通(tong)信鏈路出(chu)錯(cuo)(cuo)，也可以是(shi)其(qi)中(zhong)一個節(jie)點(dian)(dian)(dian)宕機。例如下圖(tu)中(zhong)的兩(liang)(liang)個節(jie)點(dian)(dian)(dian)G1和G2分(fen)別處于兩(liang)(liang)個子網中(zhong)，G1向(xiang)G2發送消息，G2可能無法收到(dao)，就出(chu)現(xian)了(le)分(fen)區錯(cuo)(cuo)誤(wu)。

分區容忍性是(shi)(shi)指分布(bu)式系統(tong)(tong)中(zhong)能夠(gou)容忍分區錯誤(wu)(wu)的出現，在分布(bu)式系統(tong)(tong)內，分區是(shi)(shi)必(bi)然的發(fa)生的，因此分布(bu)式系統(tong)(tong)必(bi)須選(xuan)則 P，否(fou)則一(yi)旦發(fa)生分區錯誤(wu)(wu)，整個(ge)分布(bu)式系統(tong)(tong)就完全無法使用了，這是(shi)(shi)不符合(he)實際需要的。

C：一致性

一致性(xing)指的是在(zai)時(shi)間T1時(shi)刻(ke)向分(fen)布式集(ji)群(qun)中的一個(ge)節(jie)(jie)點(dian)寫入一個(ge)數據(ju)(ju)，在(zai)時(shi)刻(ke)T之后的時(shi)間，不論在(zai)客戶(hu)端(duan)從哪個(ge)節(jie)(jie)點(dian)讀取數據(ju)(ju)，都必須是T時(shi)刻(ke)修改(gai)過后的數據(ju)(ju)。

如(ru)下(xia)圖所示，t1時(shi)(shi)刻(ke)客戶(hu)端向G1節(jie)點寫一個數(shu)據(ju)(ju)V1，如(ru)果t2時(shi)(shi)刻(ke)從G2節(jie)點讀取數(shu)據(ju)(ju)是t1時(shi)(shi)刻(ke)寫入的(de)數(shu)據(ju)(ju)，就說(shuo)明(ming)系統(tong)一致(zhi)，若從G2節(jie)點讀取的(de)數(shu)據(ju)(ju)是v0就說(shuo)明(ming)系統(tong)不一致(zhi)

A：可用性

可用性是(shi)(shi)指(zhi)客(ke)戶端任何(he)時(shi)刻向系統讀取(qu)數(shu)(shu)據(ju)(ju)(ju)(ju)，系統都會(hui)返回一個數(shu)(shu)據(ju)(ju)(ju)(ju)，即(ji)使是(shi)(shi)不(bu)一致或者(zhe)說是(shi)(shi)過期的數(shu)(shu)據(ju)(ju)(ju)(ju)，如下圖所示，t1時(shi)刻客(ke)戶端向G1節(jie)點(dian)寫入數(shu)(shu)據(ju)(ju)(ju)(ju)v1，但是(shi)(shi)由于分區錯誤，G1的數(shu)(shu)據(ju)(ju)(ju)(ju)沒有(you)同(tong)步(bu)到(dao)G2，t2時(shi)刻客(ke)戶端從G2節(jie)點(dian)讀取(qu)數(shu)(shu)據(ju)(ju)(ju)(ju)時(shi)任然可以得到(dao)數(shu)(shu)據(ju)(ju)(ju)(ju)v0，只是(shi)(shi)獲取(qu)的數(shu)(shu)據(ju)(ju)(ju)(ju)并不(bu)是(shi)(shi)正確的數(shu)(shu)據(ju)(ju)(ju)(ju)。

由(you)于P是分(fen)(fen)布(bu)式系(xi)統必(bi)須滿足(zu)的特性(xing)，而當網(wang)絡分(fen)(fen)區錯誤出現(xian)時(shi)，會出現(xian)分(fen)(fen)布(bu)式節(jie)點(dian)中網(wang)絡不一致(zhi)的情況，這時(shi)候一致(zhi)性(xing)和可用性(xing)將不能(neng)同(tong)時(shi)滿足(zu)

如下圖所示為CP系(xi)統(tong)和(he)AP系(xi)統(tong)，當G1和(he)G2中的數據不(bu)一(yi)致時，CP系(xi)統(tong)中為了滿足一(yi)致性，客戶端從G2將不(bu)能獲取到(dao)任何數據，即G2節(jie)點不(bu)可(ke)用，AP系(xi)統(tong)中為了滿足可(ke)用性，G2節(jie)點會(hui)返(fan)回v0給客戶端

Spanner官方(fang)聲稱是(shi)(shi)一(yi)個(ge)CA系統，但(dan)是(shi)(shi)準(zhun)確來說是(shi)(shi)一(yi)個(ge) CP + HA 系統，可用(yong)性是(shi)(shi)優于 5 個(ge) 9 ，稍微小于 6 個(ge) 9，也就是(shi)(shi)說，Spanner 在系統出現了大的(de)(de)(de)故障的(de)(de)(de)情(qing)況下(xia)，大概 31s+ 的(de)(de)(de)時間(jian)就能夠恢(hui)復對外(wai)(wai)提供服務(wu)，這個(ge)時間(jian)是(shi)(shi)非常短暫的(de)(de)(de)，遠(yuan)遠(yuan)比很(hen)多外(wai)(wai)部的(de)(de)(de)系統更加穩定(ding)。然后鑒于 Google 強大的(de)(de)(de)自建網(wang)絡(luo)，P 很(hen)少發生，所以 Spanner 可以算(suan)是(shi)(shi)一(yi)個(ge) CA 系統。

TiDB 在設(she)計(ji)的(de)時候(hou)(hou)也是一個 CP + HA 系統，多數時候(hou)(hou)也是一個 CA 系統。如果(guo)出現了(le) P，也就(jiu)是剛好(hao)對外(wai)服(fu)務(wu)(wu)的(de) leader 被隔(ge)離了(le)，新 leader 大概需要 10s+ 以上(shang)的(de)時間才(cai)能(neng)選舉出來對外(wai)提供服(fu)務(wu)(wu)。