分布式理论(一) —— CAP 定理

目录：

1. 什么是 CAP 定理
2. 为什么只能 3 选 2
3. 能不能解决 3 选 2 的问题
4. 引用

1. 什么是 CAP 定理

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 理论告诉我们，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，指数据在多个副本之间能够保持一致的特性（严格的一致性）。
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。

什么是分区？

在分布式系统中，不同的节点分布在不同的子网络中，由于一些特殊的原因，这些子节点之间出现了网络不通的状态，但他们的内部子网络是正常的。从而导致了整个系统的环境被切分成了若干个孤立的区域。这就是分区。

2. 为什么只能 3 选 2

为什么只能 3 选 2？

图片来自网络

首先问，能不能同时满足这三个条件？

假设有一个系统如下：

整个系统由两个节点配合组成，之间通过网络通信，当节点 A 进行更新数据库操作的时候，需要同时更新节点 B 的数据库（这是一个原子的操作）。

上面这个系统怎么满足 CAP 呢？C：当节点A更新的时候，节点B也要更新，A：必须保证两个节点都是可用的，P：当节点 A,B 出现了网络分区，必须保证对外可用。

可见，根本完成不了，只要出现了网络分区，A 就无法满足，因为节点 A 根本连接不上节点 B。如果强行满足 C 原子性，就必须停止服务运行，从而放弃可用性 C。

所以，最多满足两个条件：

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。

3. 能不能解决 3 选 2 的问题

难道真的没有办法解决这个问题吗？

CAP 理论已经提出了 13 年，也许可以做些改变。

仔细想想，分区是百分之百出现的吗？如果不出现分区，那么就能够同时满足 CAP。如果出现了分区，可以根据策略进行调整。比如 C 不必使用那么强的一致性，可以先将数据存起来，稍后再更新，实现所谓的 “最终一致性”。

这个思路又是一个庞大的问题，同时也引出了第二个理论 Base 理论，我们将在后面的文章中详细介绍。

4. 引用

1. 《从 Paxos 到 Zookeeper —— 分布式一致性原理实践》倪超
2. CAP理论十二年回顾："规则"变了
3. 维基百科CAP定理