CAP理论

CAP理论指出,在分布式系统中,无法同时保证一致性(C)、可用性(A)和分区容错性(P)。AP系统如Eureka在网络分区时牺牲一致性保证可用性,而CP系统如Zookeeper则牺牲可用性确保一致性。选择CA或CP架构取决于系统需求和场景。

C:Consistency(强一致性)

A:Availability(可用性)

P:Partition tolerance(分区容错性)

CAP理论关注粒度是数据,而不是整体系统设计的策略

经典CAP图

最多只能同时较好的满足两个。
 CAP理论的核心是:一个分布式系统不可能同时很好的满足一致性,可用性和分区容错性这三个需求,
因此,根据 CAP 原理将 NoSQL 数据库分成了满足 CA 原则、满足 CP 原则和满足 AP 原则三 大类:
CA - 单点集群,满足一致性,可用性的系统,通常在可扩展性上不太强大。
CP - 满足一致性,分区容错性的系统,通常性能不是特别高。
AP - 满足可用性,分区容错性的系统,通常可能对一致性要求低一些。

一般都是AP架构与CP架构

AP架构

当网络分区出现后,为了保证可用性,系统B可以返回旧值,保证系统的可用性。
结论:违背了一致性C的要求,只满足可用性和分区容错,即AP。

例如Eureka开启保护模式时,微服务短时间因为网络波动或者是其他原因下线,Eureka不会将其从注册中心剔除

 CP架构

当网络分区出现后,为了保证一致性,就必须拒接请求,否则无法保证一致性
结论:违背了可用性A的要求,只满足一致性和分区容错,即CP。


 

 例如Zookeeper/Consul,一旦微服务下线,注册中心将直接将其剔除。

CAP理论核心思想是,一个分布式系统最多只能同时满足一致性(Consistency)、可用性(Availability)、分区容错性(Partition tolerance)三个特性中的两个,而无法同时满足所有三个特性。这是因为在分布式系统中,网络分区是不可避免的,而保证一致性和可用性需要对网络分区做出不同的权衡[^2]。 理论的优点在于清晰简洁、易于理解,但缺点是高度抽象化,省略了很多细节,导致在将理论应用到实践时,由于各种复杂情况,可能出现误解和偏差,CAP理论也不例外。如果没有意识到这些关键的细节点,那么在实践中应用CAP理论时,方案可能很难落地[^1]。 基于CAP理论,还衍生出了BASE理论,即Basic Availability(基本可用)、Soft State(软状态)和Eventually Consistency(最终一致性),这是对CAP理论中AP选择的一种实践[^3]。 ### 示例代码:模拟CAP理论的简单场景 ```python # 模拟一个简单的分布式系统 class DistributedSystem: def __init__(self): self.data = {} self.available = True self.partitioned = False def set_data(self, key, value): if not self.partitioned: self.data[key] = value return True return False def get_data(self, key): if self.available and not self.partitioned: return self.data.get(key) return None # 创建分布式系统实例 system = DistributedSystem() # 设置数据 system.set_data('key1', 'value1') # 获取数据 print(system.get_data('key1')) ```
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