分布式系统架构理论 - CAP、BASE

简介: 1. CAP 理论 任何分布式架构设计的系统,只能同时满足 CAP 中的任意两种,无法同时三种并存。 CAP(Consistency、Availability、Partition tolerance) 是三个单词的缩写,分别代表一致性,可用性,分区容错性。

1. CAP 理论

distribute-cap

任何分布式架构设计的系统,只能同时满足 CAP 中的任意两种,无法同时三种并存。
CAP(Consistency、Availability、Partition tolerance) 是三个单词的缩写,分别代表一致性,可用性,分区容错性。
这个理论到目前为止都适用于分布式架构系统。

1.1 Consistency 一致性

我们知道ACID中事务的一致性是指事务的执行不能破坏数据库数据的完整性和一致性,一个事务在执行前后,数据库都必须处于一致性状态。
也就是说,事务的执行结果必须是使数据库从一个一致性状态转变到另一个一致性状态。

举个例子:
A 转账 B ,A 扣款一百,B增加一百,这个是业务层级的一致性,连个业务都执行,才能保证最终一致性状态。

这种从刚开始的不变的状态,转变为另一种最终一致的状态,就是一致性。
分布式环境中的一致性是指数据在多个副本之间是否能够保持一致。这点应该不难理解,分布式集群架构中,有可能服务节点是多个,
这个时候我们就要考虑多个服务的情况下,读取的数据是否都能够一致,或者数据库集群中的数据是否都能够保证一致。

  1. 强一致性

要求所有系统中的数据必须一致,不管谁先执行操作,都要等到其他系统数据更新完成才能继续执行下一步。
这点就会对性能有一部分影响,因为要确保所有节点的完全一致。

数据库为例,单库的数据肯定是一致的。多库情况下,其他节点的数据必须等到日志更新所有数据库完全后才能读取,这样才会保证数据的一致性。

  1. 弱一致性 & 最终一致性

弱一致指数据更新后,不会立即要求所有的节点必须先同步,允许在一定时间后达到同步,这里面还有一种情况就是可能数据同步会失败,怎么办?
重试机制,失败了就再次尝试,直到最终达到一致性。

1.2 Availability 可用性

用户访问的服务会处在一种一直可用的集群状态,也就是服务高可用。能够保证一个请求在规定的有限时间返回结果。这里面还要考虑到服务
熔断、异常返回、服务降级(容错性)。这些都是微服务里面的重要概念。

1.3 Partition tolerance 分区容错性

容错性,那就是网络节点之间无法通信的情况下,节点被隔离,产生了网络分区, 整个系统仍然是可以工作的.
随着网络节点出现问题,产生了分区, 这时候其他节点和出错节点的数据必然会不一致,这时候就要面临选择,
是选择停掉所有的服务,等网络节点修复后恢复数据,以此来保证一致性(PC),
还是选择继续提供服务,放弃强一致性的要求,以此来保证整体的可用性(PA)。

2 BASE 理论

eBay的架构师Dan Pritchett源于对大规模分布式系统的实践总结,在ACM上发表文章提出BASE理论,BASE理论是对CAP理论的延伸,

核心思想是即使无法做到强一致性(Strong Consistency,CAP的一致性就是强一致性),但应用可以采用适合的方式达到最终一致性
(Eventual Consitency)

BASE是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。
BASE理论是对CAP中一致性和可用性权衡的结果,是对大规模互联网系统分布式实践的总结。
BASE理论的核心思想是:即使无法做到强一致性,可以通过一些软状态和最终一致性的方式,来尽量达到一致性的要求。

2.1 基本可用

指分布式系统在出现故障的时候,允许损失部分可用性,保证核心可用。那些情况属于这种基本可用呢?

  1. 损失部分响应时间换取:

如果一个系统原本应该 10ms 内响应,但是现在可以允许出错后重试,可以规定重试N次,可能导致的结果就是时间变为 10*N,
或者通过网关转向可用的服务,这种情况比较乐观,可能不需要N次。

  1. 损失部分非核心系统功能:

正常的,我们访问一个网站服务会返回我们想要的结果,但是如果后台服务发生了雪崩或者服务降级,我们也会有降级页面返回的处理结果,
当然对于客户可能不知道后台发生了什么,只是被引导到了降级页面并看到了立即返回结果,虽然结果不是我们想要的,但是保证了
基本响应。

2.2 软状态

软状态是指允许系统存在中间状态,而该中间状态不会影响系统整体可用性。分布式存储中一般一份数据至少会有三个副本,允许不同节点间副本同步的延时就是软状态的体现。
mysql replication的异步复制也是一种体现。

2.3 最终一致性

最终一致性:各个节点的数据不一致,可以通过一系列的措施来进行更新补偿,最终达到一致性的要求。这个过程就是最终一致性。
强调的是要求最终一致,不需要实时保证系统数据的强一致。

求关注

程序领域

目录
相关文章
|
4月前
|
关系型数据库 Apache 微服务
《聊聊分布式》分布式系统基石:深入理解CAP理论及其工程实践
CAP理论指出分布式系统中一致性、可用性、分区容错性三者不可兼得,必须根据业务需求进行权衡。实际应用中,不同场景选择不同策略:金融系统重一致(CP),社交应用重可用(AP),内网系统可选CA。现代架构更趋向动态调整与混合策略,灵活应对复杂需求。
|
6月前
|
监控 Java API
Spring Boot 3.2 结合 Spring Cloud 微服务架构实操指南 现代分布式应用系统构建实战教程
Spring Boot 3.2 + Spring Cloud 2023.0 微服务架构实践摘要 本文基于Spring Boot 3.2.5和Spring Cloud 2023.0.1最新稳定版本,演示现代微服务架构的构建过程。主要内容包括: 技术栈选择:采用Spring Cloud Netflix Eureka 4.1.0作为服务注册中心,Resilience4j 2.1.0替代Hystrix实现熔断机制,配合OpenFeign和Gateway等组件。 核心实操步骤: 搭建Eureka注册中心服务 构建商品
1065 3
|
7月前
|
人工智能 Kubernetes 数据可视化
Kubernetes下的分布式采集系统设计与实战:趋势监测失效引发的架构进化
本文回顾了一次关键词监测任务在容器集群中失效的全过程,分析了中转IP复用、调度节奏和异常处理等隐性风险,并提出通过解耦架构、动态IP分发和行为模拟优化采集策略,最终实现稳定高效的数据抓取与分析。
126 2
Kubernetes下的分布式采集系统设计与实战:趋势监测失效引发的架构进化
|
4月前
|
缓存 Cloud Native 中间件
《聊聊分布式》从单体到分布式:电商系统架构演进之路
本文系统阐述了电商平台从单体到分布式架构的演进历程,剖析了单体架构的局限性与分布式架构的优势,结合淘宝、京东等真实案例,深入探讨了服务拆分、数据库分片、中间件体系等关键技术实践,并总结了渐进式迁移策略与核心经验,为大型应用架构升级提供了全面参考。
|
4月前
|
消息中间件 运维 监控
《聊聊分布式》BASE理论 分布式系统可用性与一致性的工程平衡艺术
BASE理论是对CAP定理中可用性与分区容错性的实践延伸,通过“基本可用、软状态、最终一致性”三大核心,解决分布式系统中ACID模型的性能瓶颈。它以业务为导向,在保证系统高可用的同时,合理放宽强一致性要求,并借助补偿机制、消息队列等技术实现数据最终一致,广泛应用于电商、社交、外卖等大规模互联网场景。
|
10月前
|
人工智能 安全 Java
智慧工地源码,Java语言开发,微服务架构,支持分布式和集群部署,多端覆盖
智慧工地是“互联网+建筑工地”的创新模式,基于物联网、移动互联网、BIM、大数据、人工智能等技术,实现对施工现场人员、设备、材料、安全等环节的智能化管理。其解决方案涵盖数据大屏、移动APP和PC管理端,采用高性能Java微服务架构,支持分布式与集群部署,结合Redis、消息队列等技术确保系统稳定高效。通过大数据驱动决策、物联网实时监测预警及AI智能视频监控,消除数据孤岛,提升项目可控性与安全性。智慧工地提供专家级远程管理服务,助力施工质量和安全管理升级,同时依托可扩展平台、多端应用和丰富设备接口,满足多样化需求,推动建筑行业数字化转型。
360 5
|
4月前
|
存储 NoSQL 前端开发
【赵渝强老师】MongoDB的分布式存储架构
MongoDB分片通过将数据分布到多台服务器,实现海量数据的高效存储与读写。其架构包含路由、配置服务器和分片服务器,支持水平扩展,结合复制集保障高可用性,适用于大规模生产环境。
389 1
|
5月前
|
消息中间件 缓存 监控
中间件架构设计与实践:构建高性能分布式系统的核心基石
摘要 本文系统探讨了中间件技术及其在分布式系统中的核心价值。作者首先定义了中间件作为连接系统组件的"神经网络",强调其在数据传输、系统稳定性和扩展性中的关键作用。随后详细分类了中间件体系,包括通信中间件(如RabbitMQ/Kafka)、数据中间件(如Redis/MyCAT)等类型。文章重点剖析了消息中间件的实现机制,通过Spring Boot代码示例展示了消息生产者的完整实现,涵盖消息ID生成、持久化、批量发送及重试机制等关键技术点。最后,作者指出中间件架构设计对系统性能的决定性影响,
|
8月前
|
监控 算法 关系型数据库
分布式事务难题终结:Seata+DRDS全局事务一致性架构设计
在分布式系统中,CAP定理限制了可用性、一致性与分区容错的三者兼得,尤其在网络分区时需做出取舍。为应对这一挑战,最终一致性方案成为常见选择。以电商订单系统为例,微服务化后,原本的本地事务演变为跨数据库的分布式事务,暴露出全局锁失效、事务边界模糊及协议差异等问题。本文深入探讨了基于 Seata 与 DRDS 的分布式事务解决方案,涵盖 AT 模式实践、分片策略优化、典型问题处理、性能调优及高级特性实现,结合实际业务场景提供可落地的技术路径与架构设计原则。通过压测验证,该方案在事务延迟、TPS 及失败率等方面均取得显著优化效果。
450 61
|
9月前
|
监控 Linux 应用服务中间件
Linux多节点多硬盘部署MinIO:分布式MinIO集群部署指南搭建高可用架构实践
通过以上步骤,已成功基于已有的 MinIO 服务,扩展为一个 MinIO 集群。该集群具有高可用性和容错性,适合生产环境使用。如果有任何问题,请检查日志或参考MinIO 官方文档。作者联系方式vx:2743642415。
3145 57

热门文章

最新文章