分布式CAP定理和BASE理論是怎樣的

這篇文章給大家介紹分布式CAP定理和BASE理論是怎樣的，內(nèi)容非常詳細，感興趣的小伙伴們可以參考借鑒，希望對大家能有所幫助。

2000年的時候，Eric Brewer教授提出了CAP猜想，2年后，被 Seth Gilbert 和 Nancy Lynch 從理論上證明了猜想的可能性，從此，CAP 理論正式在學(xué)術(shù)上成為了分布式計算領(lǐng)域的公認定理。并深深的影響了分布式計算的發(fā)展。

CAP定理

一個分布式系統(tǒng)不可能同時滿足一致性（C:Consistency)，可用性（A: Availability）和分區(qū)容錯性（P：Partition tolerance）這三個基本需求，最多只能同時滿足其中的2個。

為什么只能滿足其中兩個不能同時滿足三個？

在這之前我們來講一個故事，張三、李四、王麻子三個小朋友玩捉迷藏，張三抓，其余兩個藏，王麻子這個時候肚子餓了，就跑回家吃飯去了也沒告訴這兩位小朋友，張三和李四找了好久都沒找到。因為王麻子和他倆的信息斷了，并不知道王麻子是藏著還是溜回家了。

在數(shù)據(jù)庫中保證數(shù)據(jù)的一致性，保證高可用，但是我們不能保證每臺服務(wù)器不會中斷、每次的操作都能順利到達每臺服務(wù)器因為分區(qū)容錯。同樣，我們在插入數(shù)據(jù)的時候要保證每臺服務(wù)器都插入成功后再返回請求成功，這樣可用性就會非常低，系統(tǒng)響應(yīng)速度非常慢甚至宕機。

我們可以試想，分區(qū)容錯是分布式必須的，客戶使用系統(tǒng)的可用性也是我們的目標，犧牲一致性，通過技術(shù)手段來實現(xiàn)一致性，比如說我們通過消息隊列把數(shù)據(jù)發(fā)布到每臺數(shù)據(jù)節(jié)點。這樣為了解決CAP帶來的問題，BASE理論出現(xiàn)了。

BASE：全稱：Basically Available(基本可用)，Soft state（軟狀態(tài)）,和 Eventually consistent（最終一致性）三個短語的縮寫，來自 ebay 的架構(gòu)師提出。

Base 理論是對 CAP 中一致性和可用性權(quán)衡的結(jié)果，其來源于對大型互聯(lián)網(wǎng)分布式實踐的總結(jié)，是基于 CAP 定理逐步演化而來的。其核心思想是：無法做到強一致性（Strong consistency），但每個應(yīng)用都可以根據(jù)自身的業(yè)務(wù)特點，采用適當?shù)姆绞絹硎瓜到y(tǒng)達到最終一致性（Eventual consistency）。

基本可用

什么是基本可用呢？假設(shè)系統(tǒng)，出現(xiàn)了不可預(yù)知的故障，但還是能用，相比較正常的系統(tǒng)而言：

1. 響應(yīng)時間上的損失：正常情況下的搜索引擎 0.5 秒即返回給用戶結(jié)果，而基本可用的搜索引擎可以在 1 秒作用返回結(jié)果。

2. 功能上的損失：在一個電商網(wǎng)站上，正常情況下，用戶可以順利完成每一筆訂單，但是到了大促期間，為了保護購物系統(tǒng)的穩(wěn)定性，部分消費者可能會被引導(dǎo)到一個降級頁面。

軟狀態(tài)

軟狀態(tài)：相對于原子性而言，要求多個節(jié)點的數(shù)據(jù)副本都是一致的，這是一種 “硬狀態(tài)”。
軟狀態(tài)指的是：允許系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)存在中間狀態(tài)，并認為該狀態(tài)不影響系統(tǒng)的整體可用性，即允許系統(tǒng)在多個不同節(jié)點的數(shù)據(jù)副本存在數(shù)據(jù)延時。

最終一致性

最終一致性：系統(tǒng)能夠保證在沒有其他新的更新操作的情況下，數(shù)據(jù)最終一定能夠達到一致的狀態(tài)，因此所有客戶端對系統(tǒng)的數(shù)據(jù)訪問最終都能夠獲取到最新的值。 

最終一致性分為 5 種：

1. 因果一致性（Causal consistency） 指的是：如果節(jié)點 A 在更新完某個數(shù)據(jù)后通知了節(jié)點 B，那么節(jié)點 B 之后對該數(shù)據(jù)的訪問和修改都是基于 A 更新后的值。于此同時，和節(jié)點 A 無因果關(guān)系的節(jié)點 C 的數(shù)據(jù)訪問則沒有這樣的限制。

2. 讀己之所寫（Read your writes） 這種就很簡單了，節(jié)點 A 更新一個數(shù)據(jù)后，它自身總是能訪問到自身更新過的最新值，而不會看到舊值。其實也算一種因果一致性。

3. 會話一致性（Session consistency） 會話一致性將對系統(tǒng)數(shù)據(jù)的訪問過程框定在了一個會話當中：系統(tǒng)能保證在同一個有效的會話中實現(xiàn) “讀之所寫” 的一致性，也就是說，執(zhí)行更新操作之后，客戶端能夠在同一個會話中始終讀取到該數(shù)據(jù)項的最新值。 

4. 單調(diào)讀一致性（Monotonic read consistency） 單調(diào)讀一致性是指如果一個節(jié)點從系統(tǒng)中讀取出一個數(shù)據(jù)項的某個值后，那么系統(tǒng)對于該節(jié)點后續(xù)的任何數(shù)據(jù)訪問都不應(yīng)該返回更舊的值。

5. 單調(diào)寫一致性（Monotonic write consistency） 指一個系統(tǒng)要能夠保證來自同一個節(jié)點的寫操作被順序的執(zhí)行。

BASE 理論面向的是大型高可用可擴展的分布式系統(tǒng)，和傳統(tǒng)事務(wù)的 ACID 是相反的，它完全不同于 ACID 的強一致性模型，而是通過犧牲強一致性來獲得可用性，并允許數(shù)據(jù)在一段時間是不一致的。

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