【微服务】面试题 5、分布式系统理论:CAP 与 BASE 详解

分布式系统理论:CAP 与 BASE 详解

一、CAP 定理

  1. 背景与定义:1998 年由加州大学科学家埃里克·布鲁尔提出,分布式系统存在一致性(Consistency)、可用性(Availability)、分区容错性(Partition tolerance)三个指标,且不能同时满足,此为 CAP 定理。

  2. 指标解析

    • 一致性:用户访问分布式系统任意节点获取的数据需一致。例如,两个初始数据相同的节点,当其中一个节点数据变更后,需进行数据同步,类似 MySQL 主从复制。

    • 可用性:用户访问集群健康节点必须能得到响应,而非超时或拒绝。如多节点集群中,若某节点阻塞或拒绝访问,则该节点不可用。

    • 分区容错性:因网络故障等致部分节点与其他节点断连形成独立分区时,系统仍要持续对外服务。但分区出现后,保证一致性可能牺牲可用性,反之亦然。如网络故障使节点分区后,跨分区数据同步困难,若保证一致性可能使部分节点在数据同步期间不可用。

二、BASE 理论

  1. 定位与内涵:是对 CAP 问题的解决思路,包含基本可用(Basically Available)、软状态(Soft state)、最终一致性(Eventually consistent)三个思想。
  2. 分布式事务应用示例
    • AP 模式:在订单、账户、库存微服务的分布式事务场景中,若选择 AP,各微服务分别执行提交操作,可能出现部分成功部分失败导致数据不一致的软状态。之后事务协调器发现失败事务,会通知已提交事务进行逆向操作恢复数据,实现最终一致性。
    • CP 模式:各子事务执行但不提交,相互等待并向事务协调器上报执行情况。若全部成功,协调器通知提交;若有失败,协调器通知回滚,保证强一致性,但在等待过程中各服务处于弱可用状态,因为会锁定资源影响其他线程响应。

三、面试回答要点

  1. CAP 回答:解释 CAP 包含一致性、可用性、分区容错性。强调分布式系统网络连接必然产生分区问题,此时一致性和可用性无法同时满足,只能在 CP 或 AP 中选择。
  2. BASE 回答:说明 BASE 包含基本可用、软状态、最终一致性。以分布式事务为例,若选择最终一致(AP 思想),子事务分别执行提交后处理不一致情况;若选择强一致(CP 思想),子事务执行后等待统一提交或回滚,等待期间系统软可用。
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