CAP定理和BASE理论

2000 年的时候，Eric Brewer 教授提出了 CAP 猜想，2年后，被 Seth Gilbert 和 Nancy Lynch 从理论上证明了猜想的可能性，从此，CAP 理论正式在学术上成为了分布式计算领域的公认定理。并深深的影响了分布式计算的发展。

CAP定理

一个分布式系统不可能同时满足一致性（C:Consistency)，可用性（A: Availability）和分区容错性（P：Partition tolerance）这三个基本需求，最多只能同时满足其中的2个。

 

选项	描述
C（Consistence）	一致性，在集群中一部分节点故障后，集群整体是否还能响应客户端的读写请求。（对数据更新具备高可用性）
A（Availability）	可用性，指系统提供的服务必须一直处于可用的状态，每次请求都能获取到非错的响应——但是不保证获取的数据为最新数据。
P（Network partitioning	分区容错性，分布式系统在遇到任何网络分区故障的时候，仍然能够对外提供满足一致性和可用性的服务，除非整个网络环境都发生了故障。

为什么只能满足其中两个不能同时满足三个？

在这之前我们来讲一个故事，张三、李四、王麻子三个小朋友玩捉迷藏，张三抓，其余两个藏，王麻子这个时候肚子饿了，就跑回家吃饭去了也没告诉这两位小朋友，张三和李四找了好久都没找到。因为王麻子和他俩的信息断了，并不知道王麻子是藏着还是溜回家了。

​在数据库中保证数据的一致性，保证高可用，但是我们不能保证每台服务器不会中断、每次的操作都能顺利到达每台服务器因为分区容错。同样，我们在插入数据的时候要保证每台服务器都插入成功后再返回请求成功，这样可用性就会非常低，系统响应速度非常慢甚至宕机。

组 合	分析结果
CA	满足原子和可用，放弃分区容错。说白了，就是一个整体的应用。
CP	满足原子和分区容错，也就是说，要放弃可用。当系统被分区，为了保证原子性，必须放弃可用性，让服务停用。
AP	满足可用性和分区容错，当出现分区，同时为了保证可用性，必须让节点继续对外服务，这样必然导致失去原子性。

我们可以试想，分区容错是分布式必须的，客户使用系统的可用性也是我们的目标，牺牲一致性，通过技术手段来实现一致性，比如说我们通过消息队列把数据发布到每台数据节点。这样为了解决CAP带来的问题，BASE理论出现了。

BASE：全称：Basically Available(基本可用)，Soft state（软状态）,和 Eventually consistent（最终一致性）三个短语的缩写，来自 ebay 的架构师提出。

Base 理论是对 CAP 中一致性和可用性权衡的结果，其来源于对大型互联网分布式实践的总结，是基于 CAP 定理逐步演化而来的。其核心思想是： 无法做到强一致性（Strong consistency），但每个应用都可以根据自身的业务特点，采用适当的方式来使系统达到最终一致性（Eventual consistency）。

基本可用

什么是基本可用呢？假设系统，出现了不可预知的故障，但还是能用，相比较正常的系统而言：

1. 响应时间上的损失：正常情况下的搜索引擎 0.5 秒即返回给用户结果，而基本可用的搜索引擎可以在 1 秒作用返回结果。

2. 功能上的损失：在一个电商网站上，正常情况下，用户可以顺利完成每一笔订单，但是到了大促期间，为了保护购物系统的稳定性，部分消费者可能会被引导到一个降级页面。

软状态

软状态：相对于原子性而言，要求多个节点的数据副本都是一致的，这是一种 “硬状态”。
软状态指的是：允许系统中的数据存在中间状态，并认为该状态不影响系统的整体可用性，即允许系统在多个不同节点的数据副本存在数据延时。

最终一致性

最终一致性：系统能够保证在没有其他新的更新操作的情况下，数据最终一定能够达到一致的状态，因此所有客户端对系统的数据访问最终都能够获取到最新的值。 

最终一致性分为 5 种：

1. 因果一致性（Causal consistency） 指的是：如果节点 A 在更新完某个数据后通知了节点 B，那么节点 B 之后对该数据的访问和修改都是基于 A 更新后的值。于此同时，和节点 A 无因果关系的节点 C 的数据访问则没有这样的限制。

2. 读己之所写（Read your writes） 这种就很简单了，节点 A 更新一个数据后，它自身总是能访问到自身更新过的最新值，而不会看到旧值。其实也算一种因果一致性。

3. 会话一致性（Session consistency） 会话一致性将对系统数据的访问过程框定在了一个会话当中：系统能保证在同一个有效的会话中实现 “读之所写” 的一致性，也就是说，执行更新操作之后，客户端能够在同一个会话中始终读取到该数据项的最新值。 

4. 单调读一致性（Monotonic read consistency） 单调读一致性是指如果一个节点从系统中读取出一个数据项的某个值后，那么系统对于该节点后续的任何数据访问都不应该返回更旧的值。

5. 单调写一致性（Monotonic write consistency） 指一个系统要能够保证来自同一个节点的写操作被顺序的执行。

BASE 理论面向的是大型高可用可扩展的分布式系统，和传统事务的 ACID 是相反的，它完全不同于 ACID 的强一致性模型，而是通过牺牲强一致性来获得可用性，并允许数据在一段时间是不一致的。

 

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