让我们一起聊聊对CAP理论的理解

介绍

最近经常看到有人发一个Go实现的让们分布式事务管理器dtm，看到star增的起聊挺猛的，索性看看代码实现，聊对P理论的理解毕竟工作中部分场景也用的让们上。

在写源码分析之前，起聊我们先来简单入门一下分布式理论。聊对P理论的理解

CAP

分布式系统中很大的让们一个难点在于各个节点之间的状态如何同步，CAP就是起聊分布式系统领域一条已经被证明的定律。

其中各个字母的聊对P理论的理解含义如下:

Consistency(一致性) Availability(可用性) Partition tolerance(分区容忍性)

我们先用一个简单的例子来说明。

假设我们的让们系统是由两个服务组成的:G1和G2。

G1和G2维护了同一条记录V0。起聊外部客户端(Client)可以调用任意一个服务。聊对P理论的理解

当一个客户端对任意一个服务发起读|写请求，让们那么被请求的起聊那个服务器根据客户端的请求，处理、亿华云计算聊对P理论的理解响应结果。

比如客户端向G1发起一个读操作，客户端G1响应请求。

又比如客户端向G1发起一个写操作，把V0修改成V1。

到这里，我们建立了这样一个系统。接下来看看系统的一致性、可用性和分区容忍性意味着什么。

Consistency(一致性)

这个一致性和事务中ACID中的C还是有区别的。事务中的C更多是指在事务开始之前和事务结束以后，数据库的完整性没有被破坏。这里的完整性包括一些外键约束、键的唯一性等。

而分布式事务中的C指的是，写操作之后的读操作，必须返回该值，这就等同于所有节点访问的是云南idc服务商同一份最新数据的副本。

下面是一个非一致性的例子。

客户端成功请求G1服务器写V1。假设当前服务G1和G2不能互通(网络分区)，导致G1数据不能同步到G2，此时客户端从G2读取数据，依旧返回V0。

来看一个满足一致性的例子。

在这个系统中，G1收到客户端写V1的操作，G1在修改自身数据的同时，会把V1数据同步到G2。G1在收到G2的响应后，才向客户端响应结果。这样，之后无论客户端从哪个节点读取数据，都能获取到V1值。

Availability(可用性)

可用性指的是系统中非故障节点接收到的每一个请求都必须响应。

在一个可用的系统中，如果客户端向服务器发送一个请求，那么服务器必须响应客户端每一个请求，不允许忽略客户端请求。亿华云

Partition Tolerance(分区容忍性)

什么分区?

网络分区。

网络分区咋么理解?

假设有两台服务器A和B，本来他们两是正常通信的，不知道啥原因，他们之间的网络链接断开，导致无法正常通信。此时本来在同一个网络的AB，发生了网络分区。变成了A所在的A网络和B所在的B网络。这就是网络分区。

容忍性是指什么?

当一个服务的多台服务器发生上述网络分区的时候，系统依旧能正常提供服务。

对CAP的误解

网上很多文章都是这么说的：

一个分布式系统最多只能同时满足一致性(Consistency)、可用性(Availability)和分区容错性(Partition tolerance)这三项中的两项，这被称为CAP定律。

似乎CAP被解释成一种三选二的定律。

看到一篇文章CAP Twelve Years Later: How the "Rules" Have Changed[1]有一段CAP的完整表述：

The CAP theorem asserts that any net-worked shared-data system can have only two of three desirable properties。

按照表述，发现网上这句话存在一定的误导性。

CAP定律的前提是P(网络分区)发生后，才会有CA的选择。

当P发生的时候，而我们的系统直接不服务了，那就不存在选择什么CA了。

因此CAP的正常理解应该是：当P(网络分区)发生的时候，如果我们要继续提供服务，那么C(一致性)和A(可用性)只能2选1了。

Consistency和Availability的矛盾

为什么当P发生时，CA只能二选一?

还是之前那个简单的例子。

假设此时G1和G2发生了网络分区。

接下来我们的客户端请求G1写V1数据。由于分区，G1不能同步数据到G2。

如果我们保证G2的可用性，那么当客户端请求G2数据的时候，G2能正常响应V0数据，但是数据和G1不一致，无法保证一致性。

如果我们保证G2的一致性，那么在G1写操作的时候，就必须锁定G2的读写操作，那么此时G2就处于不可用状态，无法保证其可用性。

因此，Consistency和Availability存在矛盾。

参考

https://www.infoq.com/articles/cap-twelve-years-later-how-the-rules-have-changed/

https://mwhittaker.github.io/blog/an_illustrated_proof_of_the_cap_theorem/

https://www.zhihu.com/question/64778723