分布式系统一致性算法

CAP理论

• 一致性（Consistency）
• 可用性（Availability）
• 分区容错性（网络分区）Partition tolerance

CAP理论的特点，就是CAP只能满足其中2条

CA(放弃P)：将所有的数据放在一个节点。满足一致性、可用性。

AP(放弃C)：放弃强一致性，用最终一致性来保证。

CP(放弃A)：一旦系统遇见故障，受到影响的服务器需要等待一段时间，在恢复期间无法对外提供服务。

2P理论（two phase commit）

二段提交（RDBMS(传统关系型数据库)经常就这种机制，保证强一致性）

提交步骤：

阶段1：提交事务请求（投票阶段，任何一个结点失败，不能继续进行提交）

阶段2：执行事务提交（commit、rollback。任何一个结点失败 rollback）

3P理论（three phase commit）

阶段1：是否可以进行事务提交

阶段2： 提交事务请求

阶段3：执行事务提交

怎么保证事务一定提交？

事务管理器将，所有数据结点list存储，循环执行操作，设立flag标记状态。

根据flag状态，执行操作或回滚。

BASE理论

• 基本可用（bascially available）：在分布式系统出现，允许损失部分可用性（服务降级、页面降级）
• 软状态（soft state）：允许分布式系统出现中间状态。而且中间状态不影响系统的可用性。
• 最终一致性（Eventually consistent）：data replications经过一段时间达到一致性。

Paxos算法

       Paxos算法是莱斯利·兰伯特（英语：Leslie Lamport，LaTeX中的“La”）于1990年提出的一种基于消息传递且具有高度容错特性的一致性算法。

      Google Chubby的作者Mike Burrows说过这个世界上只有一种一致性算法，那就是Paxos，其它的算法都是残次品。

基于拜占庭将军问题解析：

分为以下两种角色：

• proposer：参谋1，参谋2（提交者）
• acceptor： 将军1，将军2，将军3（决策者）

1、先后提议的场景

1. 参谋1发起提议，派通信兵带信给3个将军，内容为（编号1）
2. 3个将军收到参谋1的提议，由于之前还没有保存任何编号，因此把（编号1）保存下来，避免遗忘；同时让通信兵带信回去，内容为（ok）
3. 参谋1收到至少2个将军的回复，再次派通信兵带信给3个将军，内容为（编号1，进攻时间1）
4. 3个将军收到参谋1的时间，把（编号1，进攻时间1）保存下来，避免遗忘；同时让通信兵带信回去，内容为（Accepted）
5. 参谋1收到至少2个将军的（Accepted）内容，确认进攻时间已经被大家接收；
6. 参谋2发起提议，派通信兵带信给3个将军，内容为（编号2）
7. 3个将军收到参谋2的提议，由于（编号2）比（编号1）大，因此把（编号2）保存下来，避免遗忘；又由于之前已经接受参谋1的提议，因此让通信兵带信回去，内容为（编号1，进攻时间1）
8. 参谋2收到至少2个将军的回复，由于回复中带来了已接受的参谋1的提议内容，参谋2因此不再提出新的进攻时间，接受参谋1提出的时间

2、交叉提交场景

1.参谋1发起提议，派通信兵带信给3个将军，内容为（编号1）；
2.3个将军的情况如下
       a）将军1和将军2收到参谋1的提议，将军1和将军2把（编号1）记录下来，如果有其他参谋提出更小的编号，将被拒绝；同时让通信兵带信回去，内容为（ok）
        b）负责通知将军3的通信兵被抓，因此将军3没收到参谋1的提议
3.参谋2在同一时间也发起了提议，派通信兵带信给3个将军，内容为（编号2）
4.3个将军的情况如下
        a）将军2和将军3收到参谋2的提议，将军2和将军3把（编号2）记录下来，如果有其他参谋提出更小的编号，将被拒绝；同时让通信兵带信回去，内容为（ok）
        b）负责通知将军1的通信兵被抓，因此将军1没收到参谋2的提议
5.参谋1收到至少2个将军的回复，再次派通信兵带信给有答复的2个将军，内容为（编号1，进攻时间1）
6.2个将军的情况如下
        a）将军1收到了（编号1，进攻时间1），和自己保存的编号相同，因此把（编号1，进攻时间1）保存下来；同时让通信兵带信回去，内容为（Accepted）
       b）将军2收到了（编号1，进攻时间1），由于（编号1）小于已经保存的（编号2），因此让通信兵带信回去，内容为（Rejected，编号2）
7.参谋2收到至少2个将军的回复，再次派通信兵带信给有答复的2个将军，内容为（编号2，进攻时间2）
8.将军2和将军3收到了（编号2，进攻时间2），和自己保存的编号相同，因此把（编号2，进攻时间2）保存下来，同时让通信兵带信回去，内容为（Accepted）
9.参谋2收到至少2个将军的（Accepted）内容，确认进攻时间已经被多数派接受
10.参谋1只收到了1个将军的（Accepted）内容，同时收到一个（Rejected，编号2）
参谋1重新发起提议，派通信兵带信给3个将军，内容为（编号3）
11.3个将军的情况如下
       a）将军1收到参谋1的提议，由于（编号3）大于之前保存的（编号1），因此把（编号3）保存下来；由于将军1已经接受参谋1前一次的提议，因此让通信兵带信回去，内容为（编号1，进攻时间1）
       b）将军2收到参谋1的提议，由于（编号3）大于之前保存的（编号2），因此把（编号3）保存下来；由于将军2已经接受参谋2的提议，因此让通信兵带信回去，内容为（编号2，进攻时间2）
        c）负责通知将军3的通信兵被抓，因此将军3没收到参谋1的提议
12.参谋1收到了至少2个将军的回复，比较两个回复的编号大小，选择大编号对应的进攻时间作为最新的提议；参谋1再次派通信兵带信给有答复的2个将军，内容为（编号3，进攻时间2）
13.将军1和将军2收到了（编号3，进攻时间2），和自己保存的编号相同，因此保存（编号3，进攻时间2），同时让通信兵带信回去，内容为（Accepted）
14.参谋1收到了至少2个将军的（accepted）内容，确认进攻时间已经被多数派接受。