数据一致性（二）

我们流连于事物的表象，满足浅尝辄止的片刻欢愉，却几乎从不久留。我们在人生的道路上争先恐后，却吝于用片刻思考目标和方向。

概述

至今没有接触过MySQL多主的情况，即存在多个MySQL实例同时负责读写请求（抛弃只读库）。思考后认为：没有这么实现的技术难点在于：数据的一致性得不到保证。此外，还会涉及：

1. MySQL采用自增主键索引的话，多主之间的数据同步简直是灾难。
2. 内部锁机制的优势大打折扣，跨主库间的锁应该也是灾难级别的吧。

那么支持分布式的其他数据库又是怎么搞定这个问题的呢？比如Cassandra，多个节点之间可以同时处理读写请求，那么它是如何处理节点间数据同步以保证一致性的呢？

MySQL数据的一致性

We think this is an unacceptable burden to place ondevelopers and that consistency problems should be solved at the database level

细细想想，MySQL自身实现的数据一致性也是相当复杂的。以Innodb举例，如果通过普通索引执行查询，首先获取到的仅仅是主键索引，后面还需要通过主键索引来获取完整的记录。查询如此，更新亦如此。

Master-Slave模式

通常情况下，MySQL部署都是一主多从。Master作为更新DB的入口，而Slave的数据通过binlog来进行同步。所以大胆想一想，有没有可能出现一种情况（假设id=1记录原始的name值为neojos）：

## 第一次同步数据
update s-1 set name="neojos-1" where id = 1;    ## 失败
update s-2 set name="neojos-1" where id = 1;    ## 成功
update s-3 set name="neojos-1" where id = 1;    ## 成功

## 第二次同步数据
update s-1 set name="neojos-2" where id = 1;    ## 成功
update s-2 set name="neojos-2" where id = 1;    ## 失败
update s-3 set name="neojos-2" where id = 1;    ## 成功

最后，数据库从某一个时间点开始，Master和Salve的数据会变得不一致了当然不可能，MySQL在数据同步上做了非常硬的约束。包括Slave_IO_Running、Slave_SQL_Running以及Seconds_Behind_Master等。

并发下的数据一致性

MySQL并发下的数据一致性是通过锁来保证的。并发的请求，谁先拿到X锁，谁就有修改的权限。锁类似扮演了一个操作版本号的作用。

X	IX	S	IS
X	Conflict	Conflict	Conflict	Conflict
IX	Conflict	Compatible	Conflict	Compatible
S	Conflict	Conflict	Compatible	Compatible
IS	Conflict	Compatible	Compatible	Compatible

理解冲突

以数据读取和写入为切入点，引申出两个工作中可能可能遇到的冲突问题，并通过加锁以及设置版本号来避免冲突的发生。

Go的并发问题

下面是一个简单的Go Test代码问题：求1-100的累加和。我们通过Goroutine和最普通的两个方式分别计算。同时，在代码的末尾对两种方式的计算结果进行了比较并打印输出。

// 输出结果每次都是变化的。其中一次：5499 != 5050
func TestSum1To100(t *testing.T) {

    result1 := 0
    result2 := 0
    
  // 并发的进行计算
    var wg sync.WaitGroup
    for i := 1; i <= 100; i++ {
        wg.Add(1)
        go func(m int) {
            defer wg.Done()
            result1 += m
        }(i)
    }

  // 正常的For循环
    for i := 1; i <= 100; i++ {
        result2 += i
    }

    wg.Wait()
    if result1 != result2 {
        t.Fatalf(" %d != %d", result1, result2)
    }
}

并发情况下，每个goroutine在读取result1到result1=result1+1的过程中，无法保证result1不被别的goroutine所修改。

从MySQL解决问题的思路来考虑：加锁。我们要对读取result1到result1=result1+1的过程进行加锁，保证这个过程是同步的。

一对多情况

在国内第三方支付（微信/支付宝）场景中，用户是否支付了某个商品，是通过服务端接受第三方异步回调通知的方式，来作为判断依据的。而回调通知存在相应的重试策略，而且都要求幂等处理。

假设下面一个场景，我们创建了以user_id为唯一索引的表（user_pay）用于统计该用户支付成功的次数，以及用户支付明细表（user_pay_detail），两者是一对多的对应关系。服务端每次收到第三方的支付回调，都在user_pay_detail追加一条新记录，同时相应的调整user_pay的信息。

如果在回调过程中，存在这样一个场景：在03-02号收到了支付回调通知，对数据进行了调整。而在03-15号的时候却又收到了02-01的回调通知（该通知已经在02-01处理过了）。如何保证user_pay中的数据不会被多加一次？

当然，解决办法非常简单。其中一个解决办法便是：在user_pay中记录上一次回调通知的时间戳，以此作为这行记录的版本号，后续也只有大于该版本号的通知才会被处理。

CAP

了解一下分布式的环境下的CAP定理，这里主要强调一下：Consistency。在分布式系统中，存在多节点同时对外提供读写服务，数据存储多份副本的情况。那么，这些节点在同步数据的过程中，可能会因为网络或者机器的原因导致数据同步失败，从而造成各个节点数据不一致的情况发生。

Last-write-wins

Last-write-wins表示在对一条记录应用多个修改的时候，最后的改动会覆盖掉之前的操作，返回给客户端的记录都以最后一次的改动为准。

这也是分布式系统解决冲突的一个策略。基于timestamp的版本控制系统，比如HBase。每次操作都会给记录附加一个timestamp的版本号。这样一来，当某些数据发生冲突时，我们就可以简单的认为最新的记录是准确的。

但实际上，基于Last-write-wins的策略并不一定是正确的。比如多个节点对同一条记录进行修改。首先，节点服务上的时间钟不是严格相等的；其次，客户端发出的请求时间，跟到达节点服务的时间也是没有任何联系的。

vector clock

先说一下需要用到向量时钟的场景。我们在写数据时候，经常希望数据不要存储在单点。如db1，db2都可以同时提供写服务，并且都存有全量数据。而client不管是写哪一个db都不用担心数据写乱问题。但是现实场景中往往会碰到并行同时修改。导致db1和db2数据不一致。于是乎就有人想出一些解决策略。向量时钟算是其中一种。简单易懂。但是并没有彻底解决冲突问题，现实分布式存储补充了很多额外技巧。

文章vector clock 向量时钟算法解释的实在是太完美了，这里就不冗余解释了。下图是一个分布式服务的示例，各个节点都可以提供读写服务。

Cassandra的思路

KV类型的分布式数据库在存储对象时，存储的是对象序列化的结果。举个例子：

1. 有一个jbellis的对象，初始值为{'email': '[email protected]', 'phone': '555-5555'}，我们认为这个初始值为V0
2. 之后修改了jbellis的邮件地址，这时候值记作V1，{'email': '[email protected]', 'phone': '555-5555'}。但因为网络或其他问题，在同步数据到其他节点的时候失败了，导致该修改仅仅被成功写到了其中一个节点上
3. 接着，我们更新jbellis中的电话信息。但我们读取到的jbellis是V0，所以，修改后的V3为{'email': '[email protected]', 'phone': '444-4444'}

从Last-write-wins的角度考虑，我们采纳了V2的值，而丢弃了V1。简单直接，但不一定正确；

从vector clock的角度来看，当同步V2到其他节点时，就会发生数据冲突，因为当前节点的版本为[V0, V2]，而其他节点的版本是[V0, V1]，这时候就需要依靠具体的冲突解决策略。

而Cassandra在存储数据结构上做了处理，将对象中email和phone单独存储，并给每个column都指定一个独立的timestamp作为版本号。这样，当冲突发生时，就可以简单运用Last-write-wins策略了。

A column is the basic data structure of Cassandra with three values, namely key or column name, value, and a timestamp. Given below is the structure of a column.

总结

实事求是，具体问题具体分析。请记住，对你而言，上面这些方法可能都不合适。

参考文章：

1. vector clock 向量时钟算法
2. Why Cassandra doesn’t need vector clocks
3. Cassandra - Data Model