2021-2-22：请你说下 CAP 理论并举例

CAP

CAP 理论是分布式系统中的一个老生常谈的理论了，最先由 Eric Brewer 在一个讲座中提出。在这个讲座中，在传统 ACID 理论以及当时比较流行可是比较抽象的的设计指导理论 BASE 理论（当时的 BASE 理论还很抽象，直到好几年后才出现一份比较权威的被普遍接受的 BASE 理论完整解释和设计）的类比中，提出

• C(Consistency，一致性)：在一个分布式的系统中，同一个数据的全部备份，在同一时刻是否有相同的值。也就是，对于同一个数据的读写，是否马上对于全部副本都能看到一致的结果。一种比较常见的强一致性实现就是，在看到一致的结果以前，写请求不返回，读请求阻塞或者超时。
• A(Availability，可用性)：在集群中一些节点故障时，集群还能够响应读写请求。
• P(Partition-tolerance，分区容忍性)：分布式系统具备多个节点，若是节点间网络中断，就会形成分区。

而且提出了，CAP 并不能所有知足，而是通常选两个知足

以后，Seth Gilbert 以及 Nancy Lynch 在一篇 Notes 中，证实了 CAP 并不能同时都知足。而且，将 CAP 定义的更加清晰：

• C: 须要知足原子一致性，也就是任何读写都是具备原子性的，也就是对于同一个数据的写以后的读取，必定能读取到写的值，也就是最新的值
• A：对于全部成功的请求，都须要在有限的时间内返回，也就是成功请求是有效的，可终止的。
• P：可能节点间传输丢失一些消息。

CA 系统

也就是不容许分区的系统，也其实就不是分布式系统，而是单机系统。例如单机数据库，或者是共享存储数据库，好比 Aurora DB 相似的思路设计的数据库，共享同一份存储，上面创建不一样的 MySQL 进程，一个 MySQL 读写，其余的只读，因为使用的同一块存储，而且只有一个 MySQL 进程写入，知足 ACID 的事务特性，能保证强一致性，以及可用性。

CP 系统

也就是不要求高可用性，可是要求强一致性的系统，哪怕当前业务不可用，也不能出现数据不一致的状况。而且，若是节点间传输消息丢失致使没有同步成功，或者重试，或者返回更新失败，回滚更新请求。

CP 的一种实际应用就是分布式锁，通常的，若是没有获取到锁，或者获取锁失败，咱们都会选择阻塞等待，或者直接失败，而不会冒着可能会有并发危险而去执行业务。而且，分布式锁必须保持全部节点看到的锁状态一致，不能有差别，不然认为获取锁失败。

同时，大部分分布式数据库都是 CP 系统，可是他们的一致性协议方案是不一样的，常见的例如 Paxos，2PC，3PC，RAFT等等。

AP 系统

也就是要求高可用性，可是不用强一致性的系统。在这种状况下，一旦分区发生，节点间的数据可能不一致，每一个节点用本身的本地数据继续提供服务。这样状况下，可能会出现数据不一致，系统通常会实现最终一致性。也就是在分区结束后，经过一些机制将数据同步。

基本上具备多层缓存的系统，都是 AP 的系统设计。例如 DNS，客户端缓存，浏览器缓存以及进程内缓存等等。

一个 CP 与 AP 系统的对比

一个比较经典的例子就是 Zookeeper 做为注册中心和 Eureka 做为注册中心。

假设注册中心有两个接口，一个是注册实例，一个是读取实例。

若是以 Zookeeper 为注册中心，对于注册实例请求也就是更新请求，采用的是过半写以及 2 PC 的同步机制。

只有过半 2PC 更新成功，这个注册请求才成功，这样读取每一个节点都会读取到这个更新请求，不然会回滚已经更新的节点。而且每一个节点数据是一致的。若是过半的节点不可用，那么整个集群都不能处理注册实例请求以及读取实例的请求。这样保证的强一致性，可是可用性是打了折扣的。

若是以 Eureka 为注册中心，注册请求发到一个 Eureka 实例上以后，这个 Eureka 会转发到集群内其余 Eureka 节点。

即便某些节点失败，也不会将已经更新的回滚。而且不管集群内哪些 Eureka 挂了，也不会影响其余正常的 Eureka 继续服务工做，虽然可能读取到比较老的数据，以及有一些数据不一致。

目前的 CAP 理论

随着技术的不断发展以及理论的不断完善，咱们发现，分区并非会常常出现的状况，大部分状况下，若是咱们忽略 P ，其实就是能够实现 CA 共存的状况。若是分区是能够感知的，纳闷咱们能够提早制定响应策略，例如进入服务降级限制某些操做，经过恢复补偿逻辑修正数据不一致。

在 CAP 基础上演变的 PACELC 理论，就是针对这种状况的更为实际的指导意见。在出现分区的状况下，取前半部分，其实仍是 CAP 理论。若是不出现分区的状况，也就是大部分的状况下，咱们考虑 L（Latency，延迟） 与 C（Consistency 一致性）的权衡。

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