分布式理論— CAP 定理
1. 什么是 CAP 定理
2000 年的時候，Eric Brewer 教授提出了 CAP 猜想，2年后，被 Seth Gilbert 和 Nancy Lynch 從理論上證明了猜想的可能性，從此，CAP 理論正式在學術上成為了分布式計算領域的公認定理。并深深的影響了分布式計算的發(fā)展。
CAP 理論告訴我們，一個分布式系統(tǒng)不可能同時滿足一致性（C:Consistency)，可用性（A: Availability）和分區(qū)容錯性（P：Partition tolerance）這三個基本需求，最多只能同時滿足其中的2個。
| 選項 | 描述 |
|---|---|
| C（Consistence） | 一致性，指數(shù)據(jù)在多個副本之間能夠保持一致的特性（嚴格的一致性）。 |
| A（Availability） | 可用性，指系統(tǒng)提供的服務必須一直處于可用的狀態(tài)，每次請求都能獲取到非錯的響應——但是不保證獲取的數(shù)據(jù)為最新數(shù)據(jù)。 |
| P(Partition Tolerance) | 分區(qū)容錯性，分布式系統(tǒng)在遇到任何網(wǎng)絡分區(qū)故障的時候，仍然能夠?qū)ν馓峁M足一致性和可用性的服務，除非整個網(wǎng)絡環(huán)境都發(fā)生了故障。 |
什么是分區(qū)？
在分布式系統(tǒng)中，不同的節(jié)點分布在不同的子網(wǎng)絡中，由于一些特殊的原因，這些子節(jié)點之間出現(xiàn)了網(wǎng)絡不通的狀態(tài)，但他們的內(nèi)部子網(wǎng)絡是正常的。從而導致了整個系統(tǒng)的環(huán)境被切分成了若干個孤立的區(qū)域。這就是分區(qū)。
2. 為什么只能 3 選 2
為什么只能 3 選 2？
首先問，能不能同時滿足這三個條件？
假設有一個系統(tǒng)如下：
整個系統(tǒng)由兩個節(jié)點配合組成，之間通過網(wǎng)絡通信，當節(jié)點 A 進行更新數(shù)據(jù)庫操作的時候，需要同時更新節(jié)點 B 的數(shù)據(jù)庫（這是一個原子的操作）。
上面這個系統(tǒng)怎么滿足 CAP 呢？C：當節(jié)點A更新的時候，節(jié)點B也要更新，A：必須保證兩個節(jié)點都是可用的，P：當節(jié)點 A,B 出現(xiàn)了網(wǎng)絡分區(qū)，必須保證對外可用。
可見，根本完成不了，只要出現(xiàn)了網(wǎng)絡分區(qū)，A 就無法滿足，因為節(jié)點 A 根本連接不上節(jié)點 B。如果強行滿足 C 原子性，就必須停止服務運行，從而放棄可用性 C。
所以，最多滿足兩個條件：
| 組 合 | 分析結果 |
|---|---|
| CA | 滿足原子和可用，放棄分區(qū)容錯。說白了，就是一個整體的應用。 |
| CP | 滿足原子和分區(qū)容錯，也就是說，要放棄可用。當系統(tǒng)被分區(qū)，為了保證原子性，必須放棄可用性，讓服務停用。 |
| AP | 滿足可用性和分區(qū)容錯，當出現(xiàn)分區(qū)，同時為了保證可用性，必須讓節(jié)點繼續(xù)對外服務，這樣必然導致失去原子性。 |
3. 能不能解決 3 選 2 的問題
難道真的沒有辦法解決這個問題嗎？
CAP 理論已經(jīng)提出了 13 年，也許可以做些改變。
仔細想想，分區(qū)是百分之百出現(xiàn)的嗎？如果不出現(xiàn)分區(qū)，那么就能夠同時滿足 CAP。如果出現(xiàn)了分區(qū)，可以根據(jù)策略進行調(diào)整。比如 C 不必使用那么強的一致性，可以先將數(shù)據(jù)存起來，稍后再更新，實現(xiàn)所謂的 “最終一致性”。
這個思路又是一個龐大的問題，同時也引出了第二個理論 Base 理論，我們將在后面的文章中詳細介紹。
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