理解CAP理论

本文主要是介绍理解CAP理论，对大家解决编程问题具有一定的参考价值，需要的程序猿们随着小编来一起学习吧！

1. 理论什么是CAP？

cap定理，它的提出是对于一个分布式系统得出的一个观点，是不能同时满足下面三点

• 一致性
• 可用性
• 分区容忍性

CAP理论认为，分布式系统最多只能同时满足其中的两个特性，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，而保证一致性和可用性需要跨节点协调，这会增加网络延迟和系统复杂度。

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2. 怎么会不可兼得？

一致性（Consistency）：在分布式系统中，所有节点看到的数据都是相同的，即系统的数据在任何时刻都是一致的（就是所有的节点访问同样的数据）。

可用性（Availability）：在集群中一部分节点故障后，仍然保持集群整体对客户端的响应（对数据更新具备高可用）。

分区容错性（Partition tolerance）：大部分的分布式系统都分布在多个子网络里，每个子网络都分为一个区。而分区容错的意思是，每个分区的之间的通信可能会失败。

​ 一个分布式系统里面，节点组成的网络本来应该是连通的。然而可能因为一些故障，使得有些节点之间不连通了，整个网络就分成了几块区域。数据就散布在了这些不连通的区域中。这就叫分区。

​ 当你一个数据项只在一个节点中保存，那么分区出现后，和这个节点不连通的部分就访问不到这个数据了。这时分区就是无法容忍的。
​ 提高分区容忍性的办法就是一个数据项复制到多个节点上，那么出现分区之后，这一数据项就可能分布到各个区里。容忍性就提高了。
​ 然而，要把数据复制到多个节点，就会带来一致性的问题，就是多个节点上面的数据可能是不一致的。要保证一致，每次写操作就都要等待全部节点写成功，而这等待又会带来可用性的问题。

​ 总的来说就是，数据存在的节点越多，分区容忍性越高，但要复制更新的数据就越多，一致性就越难保证。为了保证一致性，更新所有节点数据所需要的时间就越长，可用性就会降低。

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3. 那我们怎么选

​ 上述，既然三者不可兼得，那我们在设计分布式系统时要根据实际情况进行权衡和取舍，并在一致性、可用性和分区容错性之间做出适当的平衡。

• 选择CA：放弃分区容错性，保证一致性和可用性。这种策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。假设不考虑分区（P）的情况下，只有一个分区（副本），副本的一致性自不必说，自然是一致的；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。如果增加多个分区（提高分区容错性），数据的写入需要同步到多个节点（强一致性，所有节点同步成功后再返回用户），增加了同步时间和同步失败的可能性，降低了可用性；如果采用弱一致性，即写入操作在主节点成功后即返回用户结果，再通过异步方式同步到多个分区，那么会增加同步失败和数据丢失的几率，降低了一致性。
• 选择CP：放弃可用性，保证一致性和分区容错性。这种策略适用于对数据一致性要求比较高的系统，如金融交易系统。假设不考虑可用性（A）的情况下，多个分区之间可以采用强一致性的机制，保证数据的高度一致性（要么都成功要么都失败）。比如某个分区出现了故障或者分隔，分区没有了响应，由于放弃了可用性，所以可以无限等待并不断重试直到网络恢复，分区可用后将副本数据同步到所有节点。
• 选择AP：放弃一致性，保证可用性和分区容错性。这种策略适用于对数据实时性要求比较高的系统，如社交网络等。假设不考虑一致性（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，提供响应速度；放弃了一致性后，副本的写入操作可以写入主节点成功后即可返回成功，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。

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4. 补充

CAP理论提出就是针对分布式数据库环境的，所以，P这个属性是必须具备的。（即CAP实际上只有AP和CP两种选项）

​ 在分布式环境下，为了保证系统可用性，通常都采取了复制的方式，避免一个节点损坏，导致系统不可用。那么就出现了每个节点上的数据出现了很多个副本的情况，而数据从一个节点复制到另外的节点时需要时间和要求网络畅通的，所以，当P发生时，也就是无法向某个节点复制数据时，这时候你有两个选择：

1. 选择可用性 A(Availability)，此时，那个失去联系的节点依然可以向系统提供服务，不过它的数据就不能保证是同步的了（失去了C属性）。
2. 选择一致性C(Consistency)，为了保证数据库的一致性，我们必须等待失去联系的节点恢复过来，在这个过程中，那个节点是不允许对外提供服务的，这时候系统处于不可用状态(失去了A属性)。

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