CAP理论,BASE理论

1.CAP理论

consistency(一致性):

即对于更新操作并成功返回客户端后,所有节点在同一时间的数据完全一致。

对于客户端来说,一致性指的是并发访问的时候更新过的数据如何获取的问题。

从服务端来看,则是更新数据如何将数据复制分布到整个系统,以保证数据最终一致。

Availability(可用性)

即服务一直可用,而且是在正常时间内,系统能够很好为用户服务,不出现用户操作失败或者访问超时等用户体验不好的情况。

Partition Tolerance(分区容错)

即分布式系统在遇到某节点或者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。

分区容错性要求能够使应用虽然是一个分布式系统,但是看上去却好像是一个可以运转正常的整体。

比如现在的分布式系统中有某一个或者几个机器宕机了,其它剩下的机器依然能够正常运转满足系统的需求,对于用户而言没有什么影响。

CP和AP

分区容错是必须保证的,当发生网络分区的时候,如果要继续服务,那么强一致性和可用性只能是二选一,因为系统可用性和一致性在理论上是能够满足的,但是实现起来却不太现实,所以现实中只能保证CP或者AP

2. BASE理论

CAPl理论的一种妥协,由于CAP理论只能二取一,所有BASE理论就降低了发生分区容错时对可用性和一致性的要求。

BASE是Basically Available(基本可用) Soft state(软状态) Eventually consistent(最终一致性)

BASE理论是对CAP中一致性和可用性权衡的结果,其来源于对大规模互联网系统实践的总结,是基于CAP定理逐步演化而来的。

BASE理论的核心思想是:即使无法做到强一致性,但每个应用都可以根据自身业务特点采用适当的方式来使系统达到最终一致性。

1.基本可用:允许可用性降低(可能响应延长,可能服务降级)

1.响应时间上的损失:正常情况下,处理用户请求需要0.2秒返回结果,但是由于系统出现故障,处理用户请求的时间变更为0.3秒。
2.系统功能上的损失:正常情况下,用户可以使用系统的全部功能,但是由于系统访问量突然剧增,系统的部分非核心功能无法使用。

软状态:指允许系统中的数据存在中间状态,并认为该中间状态不会影响整体可用性

数据同步允许一定时间的延迟。

最终一致性:节点数据同步可以存在延时,在经过一定时限之后,变为最终状态

系统中所有的数据,在经过一定的时间的同步之后,最后能够达到一个一致的状态,不要求实时。

分布式系统设计中,CAP理论BASE理论分别从不同的角度出发,指导如何权衡系统的不同特性。 ### CAP理论的核心理念 CAP理论指出,在一个分布式系统中,一致性(Consistency)、可用性(Availability)和分区容错性(Partition Tolerance)这三项特性只能同时满足其中的两项。这意味着在面对网络分区的情况下,系统要么选择牺牲一致性来保持可用性和分区容错性(AP),要么选择牺牲可用性来保持一致性和分区容错性(CP)。例如,当两个节点之间的通信中断时,如果希望继续提供服务而不等待同步完成,则可能会返回过期的数据;反之,若等待同步完成以确保数据最新,则可能造成请求阻塞[^3]。 ### BASE理论的核心理念 BASE理论则是一种更为宽松的设计哲学,它强调的是基本可用(Basically Available)、软状态(Soft State)以及最终一致性(Eventually Consistent)。BASE理论允许系统暂时处于不一致的状态,但保证经过一段时间后所有副本会达成一致。这种模式非常适合大规模互联网应用的需求,因为它优先考虑了高可用性和可扩展性,即使这意味着短期内的数据不一致是可以接受的。例如,在电子商务网站上进行交易处理时,可以容忍短时间内库存显示不准确的情况,因为最终这些差异会被解决[^4]。 ### 设计决策上的区别 CAP理论提供了严格的数学证明,说明了在给定条件下无法同时拥有全部三种属性的事实。而BASE理论并没有这样的硬性约束,而是提供了一种更加灵活的方法论,鼓励开发者根据具体业务场景做出适当的妥协。比如,在需要强一致性的金融交易系统中,可能会倾向于采用更接近于CP的选择;而在社交网络等对实时一致性要求较低的应用里,则更可能采取AP策略,并利用异步复制等方式实现最终一致性[^1]。 ### 实现示例:Java代码片段 下面是一个简单的Java示例,展示了一个基于乐观锁机制实现最终一致性的场景。这里使用版本号来控制并发更新操作,从而避免冲突。 ```java public class OptimisticLockExample { private int version = 0; private String data; public synchronized boolean updateData(String newData, int expectedVersion) { if (this.version == expectedVersion) { this.data = newData; this.version++; return true; // Update successful } else { return false; // Version mismatch, retry needed } } public static void main(String[] args) { OptimisticLockExample example = new OptimisticLockExample(); boolean success = example.updateData("New Data", 0); System.out.println(success ? "Update succeeded." : "Conflict detected."); } } ``` 此段代码演示了如何通过检查版本号来进行安全的数据更新操作,体现了软状态的概念——即中间状态的存在是被允许的,直到下一次成功的更新操作为止。
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