架构设计之「 CAP 定理 」

CAP定理是分布式系统中最基础的原则。因此理解和掌握了CAP，对系统架构的设计相当重要。

「 CAP定理 」又被称为 布鲁尔定理，它提出对于一个分布式系统而言，不能同时知足如下三点：

• Consisteny（一致性）
• Availability（可用性）
• Partition tolerance（分区容错性）

也就是说CAP定理指明了，任何分布式系统只能同时知足这三项中的两项。

 

 

如上图，若是是最多同时知足两项，那咱们能够有三个组合：CA、CP、AP。在聊这三个组合以前，咱们先分别看一下 Consisteny（一致性）、Availability（可用性）、Partition tolerance（分区容错性）的含义。

假设某个系统当前有两个节点A和B，两个节点分别能够由Actor进行读写，两个节点之间的数据会自动完成同步。

1. Consisteny（一致性）

一致性的要求是指，对于任何客户端（上图Actor）来讲，每次的读操做，都能得到最新的数据。即，当有客户端向A节点写入了新数据以后，其它客户端从B节点中进行读操做所得到的数据必须也是最新的，是与A节点数据保持一致的。

2. Availability（可用性）

可用性的要求是指，每一个请求都能在合理的时间内得到符合预期的响应（不保证获取的结果是最新的数据）。

按照上图来看就是，客户端只要向A节点或B节点发起请求后，只要这两个节点收到了请求，就必须响应给客户端，但不须要保证响应的值是否正确。

3. Partition tolerance（分区容错性）

分区容错性是指，当节点之间的网络出现问题以后，系统依然能正常提供服务。

讲完了C、A、P的含义和要求，咱们继续来看看它们之间如何组合使用。

2、CAP怎么应用

有 CA、CP、AP 三种组合方式，可是在分布式系统的结构下，网络是不可能作到100%可靠的。若是选择 CA组合，放弃 P（分区容错性）。仍是以最上面的图中A和B节点来举例，当发生节点间网络故障时，为了保证 C（一致性），那么就必须将系统锁住，不容许任何写入操做，否者就会出现节点之间数据不一致了。可是锁住了系统，就意味着当有写请求进来的时候，系统是不可用的，这一点又违背了 A（可用性）原则。

所以分布式系统理论上是不可能有CA组合的，因此咱们只能选择 CP 和 AP组合架构。

下面咱们来详细看一下  CP架构 和 AP架构的特色：

CP 架构

CP架构即 Consisteny（一致性）与 Partition tolerance（分区容错性）的组合。

 

 

1. 如上图，因为网络问题，节点A和节点B以前不能互相通信。当有客户端（上图Actor）向节点A进行写入请求时（准备写入Message 2），节点A会不接收写入操做，致使写入失败，这样就保证了节点A和节点B的数据一致性，即保证了Consisteny（一致性）。

而后，若是有另外一个客户端（上图另外一个Actor）向B节点进行读请求的时候，B请求返回的是网络故障以前所保存的信息（Message 1），而且这个信息是与节点A一致的，是整个系统最后一次成功写入的信息，是能正常提供服务的，即保证了Partition tolerance（分区容错性）。

上述状况就是保障了CP架构，但放弃了Availability（可用性）的方案。

2. AP 架构

AP架构即 Availability（可用性）与 Partition tolerance（分区容错性）的组合架构。

 

 

如上图，因为网络问题，节点A和节点B以前不能互相通信。当有客户端（上图Actor）向节点A进行写入请求时（准备写入Message 2），节点A容许写入，请求操做成功。但此时，因为A和B节点以前没法通信，因此B节点的数据仍是旧的（Message 1）。当有客户端向B节点发起读请求时候，读到的数据是旧数据，与在A节点读到的数据不一致。但因为系统能照常提供服务，因此知足了Availability（可用性）要求。

所以，这种状况下，就是保障了AP架构，但其放弃了 Consisteny（一致性）。

以上，就是对CAP定理的一些思考。但愿对你们有所帮助。

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