1、理論

CAP理論是指計(jì)算機(jī)分布式系統(tǒng)的三個(gè)核心特性：一致性（Consistency）、可用性（Availability）和分區(qū)容錯(cuò)性（Partition Tolerance）。

在CAP理論中，一致性指的是多個(gè)節(jié)點(diǎn)上的數(shù)據(jù)副本必須保持一致；可用性指的是系統(tǒng)必須在任何時(shí)候都能夠響應(yīng)客戶端請(qǐng)求；而分區(qū)容錯(cuò)性指的是系統(tǒng)必須能夠容忍分布式系統(tǒng)中的某些節(jié)點(diǎn)或網(wǎng)絡(luò)分區(qū)出現(xiàn)故障或延遲。

CAP理論認(rèn)為，分布式系統(tǒng)最多只能同時(shí)滿足其中的兩個(gè)特性，而無法同時(shí)滿足全部三個(gè)特性。這是因?yàn)樵诜植际较到y(tǒng)中，網(wǎng)絡(luò)分區(qū)和節(jié)點(diǎn)故障是不可避免的，而保證一致性和可用性需要跨節(jié)點(diǎn)協(xié)調(diào)，這會(huì)增加網(wǎng)絡(luò)延遲和系統(tǒng)復(fù)雜度。

2、為何CAP不能兼得

以下是CAP理論三個(gè)特性的概述

1. 一致性（Consistency）：在分布式系統(tǒng)中，所有節(jié)點(diǎn)看到的數(shù)據(jù)都是相同的，即系統(tǒng)的狀態(tài)在任何時(shí)刻都是一致的。

2. 可用性（Availability）：系統(tǒng)必須保證在任何時(shí)刻都能夠處理請(qǐng)求并返回正確的結(jié)果，即系統(tǒng)一直處于可用狀態(tài)。

3. 分區(qū)容錯(cuò)性（Partition tolerance）：系統(tǒng)在遇到網(wǎng)絡(luò)分區(qū)故障時(shí)仍然能夠保持正常的工作，即系統(tǒng)能夠容忍任意數(shù)量的消息丟失或網(wǎng)絡(luò)分區(qū)。

CAP理論的核心思想是，一個(gè)分布式系統(tǒng)最多只能同時(shí)滿足上述三個(gè)特性中的兩個(gè)，而無法同時(shí)滿足所有三個(gè)特性。這是因?yàn)樵诜植际较到y(tǒng)中，網(wǎng)絡(luò)分區(qū)是不可避免的，而保證一致性和可用性需要對(duì)網(wǎng)絡(luò)分區(qū)做出不同的權(quán)衡。

例如，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)分區(qū)發(fā)生時(shí)，節(jié)點(diǎn)之間可能無法進(jìn)行一致性的數(shù)據(jù)同步，因此在這種情況下，要么保證可用性，允許節(jié)點(diǎn)繼續(xù)處理請(qǐng)求并返回不一致的結(jié)果，要么保證一致性，暫停服務(wù)直到網(wǎng)絡(luò)分區(qū)恢復(fù)。

因此，CAP理論指導(dǎo)我們?cè)谠O(shè)計(jì)分布式系統(tǒng)時(shí)要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行權(quán)衡和取舍，并在一致性、可用性和分區(qū)容錯(cuò)性之間做出適當(dāng)?shù)钠胶狻?/p>

3、CAP怎么選？

既然CAP三者不可兼得，那么我們來看看CAP如何取舍。

選擇CA：放棄分區(qū)容錯(cuò)性，保證一致性和可用性。這種策略適用于小規(guī)模的集中式系統(tǒng)，如傳統(tǒng)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。假設(shè)不考慮分區(qū)（P）的情況下，只有一個(gè)分區(qū)（副本），副本的一致性自不必說，自然是一致的；可用性方面，一個(gè)節(jié)點(diǎn)的寫入不需要同步到其他節(jié)點(diǎn)，可以高效完成。如果增加多個(gè)分區(qū)（提高分區(qū)容錯(cuò)性），數(shù)據(jù)的寫入需要同步到多個(gè)節(jié)點(diǎn)（強(qiáng)一致性，所有節(jié)點(diǎn)同步成功后再返回用戶），增加了同步時(shí)間和同步失敗的可能性，降低了可用性；如果采用弱一致性，即寫入操作在主節(jié)點(diǎn)成功后即返回用戶結(jié)果，再通過異步方式同步到多個(gè)分區(qū)，那么會(huì)增加同步失敗和數(shù)據(jù)丟失的幾率，降低了一致性。

選擇CP：放棄可用性，保證一致性和分區(qū)容錯(cuò)性。這種策略適用于對(duì)數(shù)據(jù)一致性要求比較高的系統(tǒng)，如金融交易系統(tǒng)。假設(shè)不考慮可用性（A）的情況下，多個(gè)分區(qū)之間可以采用強(qiáng)一致性的機(jī)制，保證數(shù)據(jù)的高度一致性（要么都成功要么都失敗）。比如某個(gè)分區(qū)出現(xiàn)了故障或者分隔，分區(qū)沒有了響應(yīng)，由于放棄了可用性，所以可以無限等待并不斷重試直到網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)，分區(qū)可用后將副本數(shù)據(jù)同步到所有節(jié)點(diǎn)。

選擇AP：放棄一致性，保證可用性和分區(qū)容錯(cuò)性。這種策略適用于對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性要求比較高的系統(tǒng)，如社交網(wǎng)絡(luò)等。假設(shè)不考慮一致性（C)的情況下，多個(gè)分區(qū)和副本可以提供高可用性。分區(qū)越多，用戶越能就近訪問，提供響應(yīng)速度；放棄了一致性后，副本的寫入操作可以寫入主節(jié)點(diǎn)成功后即可返回成功，獲得搞可用性，然后通過異步的方式將副本同步到多個(gè)分區(qū)節(jié)點(diǎn)上。

由此可見，CAP三者確實(shí)不能同時(shí)滿足，只能根據(jù)具體的分布式業(yè)務(wù)場(chǎng)景做取舍和折中；比如銀行系統(tǒng)可以犧牲可用性從而保障CP，響應(yīng)慢一點(diǎn)（甚至網(wǎng)絡(luò)故障暫停服務(wù)）總比賬戶資金出現(xiàn)錯(cuò)誤更優(yōu)。而很多提供互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)可以一定程度犧牲一致性來保障AP，因?yàn)榛ヂ?lián)網(wǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈，追求的是用戶體驗(yàn)和效率，希望用戶隨時(shí)隨地能夠高效獲得服務(wù)，而一致性則通過一系列的措施做到最終一致性即可。在設(shè)計(jì)分布式系統(tǒng)時(shí)，需要根據(jù)具體的應(yīng)用場(chǎng)景和需求，權(quán)衡不同的特性，做出合適的折中選擇。例如，在金融交易系統(tǒng)中，一致性和可用性都非常重要，而分區(qū)容錯(cuò)性則可以降低優(yōu)先級(jí)，因此可以采用一致性算法和冗余備份等技術(shù)來保證數(shù)據(jù)的一致性和可用性。

文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-423439.html

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