分布式基础理论——CAP理论和BASE理论

文章目录

      • [CAP 理论](#CAP 理论)
      • [BASE 理论](#BASE 理论)
      • 参考资料

CAP 理论

CAP定理(CAP theorem)指出,在分布式系统中,设计读写操作时只能同时满足以下三个特性中的两个:

  • 一致性(Consistency) : 所有节点访问同一份最新的数据副本。需要强调的是,这里的一致性指的是线性一致性。
  • 可用性(Availability): 非故障的节点在合理的时间内返回合理的响应(不是错误或者超时的响应)。
  • 分区容错性(Partition Tolerance) : 在出现网络分区的时候,节点之间的通信出现失败的情况,分布式系统仍然能够对外提供服务。

注意,这里的"三选二" 理解如下:

  • 在CAP理论中,分区容错性(P)是必须满足的。因为在大规模分布式系统中,网络分区是不可避免的。

  • 在满足分区容错性的前提下,分布式系统只能在一致性(C)和可用性(A)之间进行权衡。

  • 当网络分区正常(即系统在大多数时间内处于稳定的网络状态)时,C 和 A 是可以同时满足的,因为此时无需考虑分区容错性(P)的影响。

因此,分布式系统理论上不可能选择 CA 架构,只能选择 CP 或者 AP 架构。因为 CA 架构的系统不再是标准的分布式系统,主数据库和从数据库不在进行同步。

  • CP 架构案例:ZooKeeper、HBase、Nacos
  • AP 架构案例:Cassandra、Eureka、Nacos

BASE 理论

BASE(Basically Available, Soft State, Eventually Consistent) 是 CAP 理论中 AP 方案的延伸,通过牺牲强一致性来获取可用性,但会保证最终一致性。由于分布式系统在CAP理论中最多只能同时满足两个特性,在实际场景中,大多数分布式系统会选择AP方案,即牺牲强一致性以确保系统的可用性和分区容错性。然而,在这种架构设计中,系统通常会采用最终一致性策略。最终一致性允许多个节点的数据在短时间内存在差异,但经过一段时间后,这些数据会自动同步,最终达到一致的状态。

BASE(BasicallyAvailable, Soft State, Eventually Consistent) 的具体特点如下:

  • Basically Available(基本可用):系统保证在大多数情况下可用,即便在某些异常情况下,部分功能可能无法正常工作,但不会导致整个系统不可用。例如,在线购物平台在高峰期可能会延迟订单处理,但用户仍然能够浏览商品和提交订单。
  • Soft State(软状态):系统中的数据状态可以在某个时间点不同步,允许不同节点之间的数据存在短暂的不一致性。这种不一致性是暂时的,最终会被解决。
  • Eventually Consistent(最终一致性):虽然系统可能在一段时间内处于不一致的状态,但经过一段时间后,所有数据节点最终会达到一致的状态。这意味着系统不会始终保持一致性,但在没有进一步的输入时,最终会达到一致性。

参考资料

《深入理解分布式系统 唐伟志》

《深入理解分布式事务:原理与实战 肖宇》

CAP & BASE理论详解 | JavaGuide

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