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分布式系统的基本的架构理论

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分布式系统的基本的架构理论

CAP理论
  • Consistency(一致性)
  • Availability(可用性)
  • Partition tolerance(分区容忍性)

①一致性:对于客户端的每次读操作,要么读到的是最新的数据,要么读取失败。换句话说,一致性是站在分布式系统的角度,对访问本系统的客户端的一种承诺:要么我给您返回一个错误,要么我给你返回绝对一致的最新数据,不难看出,其强调的是数据正确。

②可用性:任何客户端的请求都能得到响应数据,不会出现响应错误。换句话说,可用性是站在分布式系统的角度,对访问本系统的客户的另一种承诺:我一定会给您返回数据,不会给你返回错误,但不保证数据最新,强调的是不出错。

③分区容忍性:由于分布式系统通过网络进行通信,网络是不可靠的。当任意数量的消息丢失或延迟到达时,系统仍会继续提供服务,不会挂掉。换句话说,分区容忍性是站在分布式系统的角度,对访问本系统的客户端的再一种承诺:我会一直运行,不管我的内部出现何种数据同步问题,强调的是不挂掉。

BASE理论
  • BA:(Basically Available ),基本可用。
  • S:( Soft State),软状态,状态可以在一段时间内不同步。
  • E:(Eventually Consistent ),最终一致,在一定的时间窗口内, 最终数据达成一致即可。 基本可用(Basically Available)

    当分布式系统出现不可预知的故障时,允许损失部分的可用性。并不代表系统是不可用的状态,下面简单举两个常见的例子:

    响应延时:一个常规查询操作正常需要100ms,但是由于网络故障,或部分区域服务故障,导致此类查询的响应时间时间增加,变成1s甚至更多等。

    功能上的损失:在大规模的电商网站,由于购物高峰的流量激增,可能将部分用户流量引导到降级页面。

    软状态(Soft state)

    也可以称之为若状态,允许系统的数据存在一些中间的状态,并且该状态不会影响系统整体的可用性。

    简单说允许系统服务的副本间在数据同步时存在延时。

    最终一致性(Eventually consistency)

    强调系统所有的副本数据,在一定时间的同步后,达到一致的效果。

    核心就是在最终的时间点,所有副本的状态保持一致。允许中间不同步的延迟存在。

    最终一致性是一种特殊的弱一致性。

  • 而在实际工程实践中,最终一致性分为5种:

    因果一致性(Causal consistency)

    因果一致性指的是: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。

    读己之所写(Read your writes)

    读己之所写指的是: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。

    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 “读己之所写” 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。

    单调读一致性(Monotonic read consistency)

    单调读一致性指的是: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。

     单调写一致性(Monotonic write consistency)

    单调写一致性指的是: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。            然而,在实际的实践中,这 5 种系统往往会结合使用,以构建一个具有最终一致性的分布式系统。实际上,不只是分布式系统使用最终一致性,关系型数据库在某个功能上,也是使用最终一致性的,比如备份,数据库的复制过程是需要时间的,这个复制过程中,业务读取到的值就是旧的。当然,最终还是达成了数据一致性。这也算是一个最终一致性的经典案例。

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