CAP定理和BASE理论

╰半夏微凉° 2022-09-03 12:14 229阅读 0赞

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### CAP定理和BASE理论 ###

*  一、CAP定理是什么？
 *  二、BASE理论是什么？

# 一、CAP定理是什么？ #

CAP定理：在一个分布式系统中，最多只能同时满足一致性、可用性和分区容错性这三项中的两项。

*  C：一致性（Consistency），数据在多个副本中保持一致，可以理解成两个用户访问两个系统A和B，当A系统数据有变化时，及时同步给B系统，让两个用户看到的数据是一致的。
 *  A：可用性（Availability），系统对外提供服务必须一直处于可用状态，在任何故障下，客户端都能在合理时间内获得服务端非错误的响应。
 *  P：分区容错性（Partition tolerance），在分布式系统中遇到任何网络分区故障，系统仍然能对外提供服务。网络分区，可以这样理解，在分布式系统中，不同的节点分布在不同的子网络中，有可能子网络中只有一个节点，在所有网络正常的情况下，由于某些原因导致这些子节点之间的网络出现故障，导致整个节点环境被切分成了不同的独立区域，这就是网络分区。
    
    我们来详细分析一下CAP，为什么只能满足两个。看下图所示：  
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    用户1和用户2分别访问系统A和系统B，系统A和系统B通过网络进行同步数据。理想情况是：用户1访问系统A对数据进行修改，将data1改成了data2，同时用户2访问系统B，拿到的是data2数据。

但是实际中，由于分布式系统具有八大谬论：

*  网络相当可靠
 *  延迟为零
 *  传输带宽是无限的
 *  网络相当安全
 *  拓扑结构不会改变
 *  必须要有一名管理员
 *  传输成本为零
 *  网络同质化

我们知道，只要有网络调用，网络总是不可靠的。我们来一一分析。

1.  当网络发生故障时，系统A和系统B没法进行数据同步，也就是我们不满足P，同时两个系统依然可以访问，那么此时其实相当于是单机系统，就不是分布式系统了，所以既然我们是分布式系统，P必须满足。
2.  当P满足时，如果用户1通过系统A对数据进行了修改将data1改成了data2，也要让用户2通过系统B正确的拿到data2，那么此时是满足C，就必须等待网络将系统A和系统B的数据同步好，并且在同步期间，任何人不能访问系统B（让系统不可用），否则数据就不是一致的。此时满足的是CP。
3.  当P满足时，如果用户1通过系统A对数据进行了修改将data1改成了data2，也要让系统B能继续提供服务，那么此时，只能接受系统A没有将data2同步给系统B（牺牲了一致性）。此时满足的就是AP。

我们在前面学过的注册中心Eureka就是保证AP，它并不保证C。而Zookeeper是保证CP，它不保证A。在生产中，A和C的选择，没有正确的答案，是取决于自己的业务的。比如12306，是满足CP，因为买票必须满足数据的一致性，不然一个座位多卖了，对铁路运输都是不可以接受的。

# 二、BASE理论是什么？ #

由于CAP中一致性C和可用性A无法兼得，eBay的架构师，提出了BASE理论，它是通过牺牲数据的强一致性，来获得可用性。它由于如下3种特征：

*  Basically Available（基本可用）：分布式系统在出现不可预知故障的时候，允许损失部分可用性，保证核心功能的可用。
 *  Soft state（软状态）：软状态也称为弱状态，和硬状态相对，是指允许系统中的数据存在中间状态，并认为该中间状态的存在不会影响系统的整体可用性，即允许系统在不同节点的数据副本之间进行数据同步的过程存在延时。
 *  Eventually consistent（最终一致性）：最终一致性强调的是系统中所有的数据副本，在经过一段时间的同步后，最终能够达到一个一致的状态。因此，最终一致性的本质是需要系统保证最终数据能够达到一致，而不需要实时保证系统数据的强一致性。

BASE理论并没有要求数据的强一致性，而是允许数据在一定的时间段内是不一致的，但在最终某个状态会达到一致。在生产环境中，很多公司，会采用BASE理论来实现数据的一致，因为产品的可用性相比强一致性来说，更加重要。比如在电商平台中，当用户对一个订单发起支付时，往往会调用第三方支付平台，比如支付宝支付或者微信支付，调用第三方成功后，第三方并不能及时通知我方系统，在第三方没有通知我方系统的这段时间内，我们给用户的订单状态显示支付中，等到第三方回调之后，我们再将状态改成已支付。虽然订单状态在短期内存在不一致，但是用户却获得了更好的产品体验。

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