分布式CAP原理
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????分布式系統的最大難點,就是各個節點的狀態如何同步。CAP 定理是這方面的基本定理,也是理解分布式系統的起點。
????在理論計算機科學中,CAP定理(CAP theorem),又被稱作布魯爾定理(Brewer's theorem,這是因為在1998年,加州大學的計算機科學家 Eric Brewer 提出),它指出對于一個分布式計算系統來講,不可能同時滿足以下三點:
- 一致性(Consistency),等同于所有節點訪問同一份最新的數據副本
- 可用性(Availability),每次請求都能獲取到非錯的響應--但是不保證獲取到的數據是最新數據
- 分區容錯性(Partition tolerance),以實際效果而言,分區相當于對通訊的時限要求。系統如果不能在時限內達成數據一致性,就意味著發生了分區的情況,必須就當前操作在C和A之間做選擇。
根據定理,分布式系統只能滿足三項中的兩項而不可能滿足全部三項:
分區容錯(Partition Tolerance)
????大多數分布式系統都分布在多個子網絡。每個子網絡就叫做一個區(partition)。分區容錯的意思是,區間通信可能失敗。比如,一臺服務器放在中國,另一臺服務器放在美國,這就是兩個區,它們之間可能無法通信。
上圖中,G1 和 G2 是兩臺跨區的服務器。G1 向 G2 發送一條消息,G2 可能無法收到。系統設計的時候,必須考慮到這種情況。
一般來說,分區容錯無法避免,因此可以認為 CAP 的 P 總是成立。CAP 定理告訴我們,剩下的 C 和 A 無法同時做到。
一致性(Consistency)
? ? 一致性指的是 寫之后的讀操作必須返回該值。舉個粟子:某條記錄是v0,用戶向G1發起一個寫操作,將其改為v1,
接下來,用戶的讀操作的結果也是v1,這就叫一致性。
問題是,用戶有可能向G2發起讀操作,由于G2的值沒有發生變化,因此返回的是v0。G1和G2讀操作的結果不一致。
為了讓 G2 也能變為 v1,就要在 G1 寫操作的時候,讓 G1 向 G2 發送一條消息,要求 G2 也改成 v1。
這樣的話,用戶向 G2 發起讀操作,也能得到 v1。
可用性(Availability)
? ? 可用性指的是只要用戶給出請求,就必須給用戶回應。
用戶可以選擇向 G1 或 G2 發起讀操作。不管是哪臺服務器,只要收到請求,就必須告訴用戶,到底是 v0 還是 v1,否則就不滿足可用性。
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一致性和可用性的矛盾
一致性和可用性,為什么不可能同時成立?答案很簡單,因為可能通信失敗(即出現分區容錯)。
如果保證 G2 的一致性,那么 G1 必須在寫操作時,鎖定 G2 的讀操作和寫操作。只有數據同步后,才能重新開放讀寫。鎖定期間,G2 不能讀寫,即喪失了可用性。
如果保證 G2 的可用性,那么勢必不能鎖定 G2,所以一致性不成立。
綜上所述,G2 無法同時做到一致性和可用性。系統設計時只能選擇一個目標。如果追求一致性,那么無法保證所有節點的可用性;如果追求所有節點的可用性,那就沒法做到一致性。
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總結
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