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标题: 【架构设计】什么是CAP理论？ [打印本页]

作者: 慢吞云雾缓吐愁 时间: 2024-8-31 18:31
标题: 【架构设计】什么是CAP理论？
1、理论

CAP理论是指计算机分布式系统的三个核心特性：同等性（Consistency）、可用性（Availability）和分区容错性（Partition Tolerance）。
在CAP理论中，同等性指的是多个节点上的数据副本必须保持同等；可用性指的是系统必须在任何时间都可以大概相应客户端请求；而分区容错性指的是系统必须可以大概容忍分布式系统中的某些节点或网络分区出现故障或耽误。
CAP理论认为，分布式系统最多只能同时满足此中的两个特性，而无法同时满足全部三个特性。这是因为在分布式系统中，网络分区和节点故障是不可避免的，而包管同等性和可用性需要跨节点协调，这会增长网络耽误和系统复杂度。
2、为何CAP不能兼得

以下是CAP理论三个特性的概述

同等性（Consistency）：在分布式系统中，全部节点看到的数据都是雷同的，即系统的状态在任何时间都是同等的。
可用性（Availability）：系统必须包管在任何时间都可以大概处置处罚请求并返回精确的效果，即系同一直处于可用状态。
分区容错性（Partition tolerance）：系统在遇到网络分区故障时仍然可以大概保持正常的工作，即系统可以大概容忍任意数目的消息丢失或网络分区。

CAP理论的核心思想是，一个分布式系统最多只能同时满足上述三个特性中的两个，而无法同时满足全部三个特性。这是因为在分布式系统中，网络分区是不可避免的，而包管同等性和可用性需要对网络分区做出差别的权衡。
比方，当网络分区发生时，节点之间大概无法举行同等性的数据同步，因此在这种情况下，要么包管可用性，允许节点继承处置处罚请求并返回差别等的效果，要么包管同等性，停息服务直到网络分区规复。
因此，CAP理论引导我们在设计分布式系统时要根据实际情况举行权衡和弃取，并在同等性、可用性和分区容错性之间做出得当的平衡。
3、CAP怎么选？

既然CAP三者不可兼得，那么我们来看看CAP如何弃取。
选择CA：放弃分区容错性，包管同等性和可用性。这种战略适用于小规模的集中式系统，如传统的关系型数据库系统。假设不思量分区（P）的情况下，只有一个分区（副本），副本的同等性自不必说，自然是同等的；可用性方面，一个节点的写入不需要同步到其他节点，可以高效完成。假如增长多个分区（提高分区容错性），数据的写入需要同步到多个节点（强同等性，全部节点同步乐成后再返回用户），增长了同步时间和同步失败的大概性，降低了可用性；假如采用弱同等性，即写入操作在主节点乐成后即返回用户效果，再通过异步方式同步到多个分区，那么会增长同步失败和数据丢失的几率，降低了同等性。
选择CP：放弃可用性，包管同等性和分区容错性。这种战略适用于对数据同等性要求比较高的系统，如金融买卖业务系统。假设不思量可用性（A）的情况下，多个分区之间可以采用强同等性的机制，包管数据的高度同等性（要么都乐成要么都失败）。好比某个分区出现了故障大概分隔，分区没有了相应，由于放弃了可用性，所以可以无穷等待并不停重试直到网络规复，分区可用后将副本数据同步到全部节点。
选择AP：放弃同等性，包管可用性和分区容错性。这种战略适用于对数据实时性要求比较高的系统，如交际网络等。假设不思量同等性（C)的情况下，多个分区和副本可以提供高可用性。分区越多，用户越能就近访问，提供相应速度；放弃了同等性后，副本的写入操作可以写入主节点乐成后即可返回乐成，获得搞可用性，然后通过异步的方式将副本同步到多个分区节点上。
由此可见，CAP三者确实不能同时满足，只能根据具体的分布式业务场景做弃取和折中；好比银行系统可以捐躯可用性从而保障CP，相应慢一点（乃至网络故障停息服务）总比账户资金出现错误更优。而很多提供互联网服务可以肯定水平捐躯同等性来保障AP，因为互联网竞争激烈，寻求的是用户体验和效率，希望用户随时随地可以大概高效获得服务，而同等性则通过一系列的措施做到最终同等性即可。在设计分布式系统时，需要根据具体的应用场景和需求，权衡差别的特性，做出符合的折中选择。比方，在金融买卖业务系统中，同等性和可用性都非常重要，而分区容错性则可以降低优先级，因此可以采用同等性算法和冗余备份等技术来包管数据的同等性和可用性。

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