深入理解分布式系统第三章（2）

复制

        分区将数据和负载分配到多个节点，提高了系统的可扩展性和性能。为了提高可用性，除了分区还需要复制(Replication)。

        复制是指将同一份数据冗余存储在多个节点上，节点间通过网络来同步数据，使之保持一致。一个存储了复制数据的节点称为副本(Replica)。复制可以和分区一起使用。

        好处：（1）增强数据的可用性和安全性。（2）减少往返时间（Round-Trip Time，RTT）。（3）增加吞吐量。单台服务器存在物理上限，多台服务器可以提供更多的服务。

        复制带来了高可用性、高性能的同时，也给系统带来了复杂性。

单主复制：

        单主复制也叫主从复制或主从同步，客户端的写请求必须发送到主节点，从节点只能处理读请求，并从主节点同步最新的数据。

        主节点收到写请求时，除了将数据写入本地存储，还有负责将这次数据变更同步给所有从节点，确保所有的副本保持数据一致。

        按照同步方式分为：同步复制、异步复制和半同步复制。

同步复制：

        主节点收到一个写请求后，必须等待所有从节点返回完成，主节点才会向客户端返回完成。（显然性能会收到影响）

异步复制：

        主节点收到一个写请求后，会立即返回给客户端完成，无需等待从节点。（不会影响性能，但是潜在影响副本数据的一致性和持久性）

半同步复制：

        主节点只需要等待至少一个从节点同步写操作并返回完成信息即可，不要求全部节点。

单主复制的优点：

        简单易懂，易于实现。仅在主节点执行并发操作，能够保证操作的顺序，避免了考虑各个节点数据冲突。对大量读请求工作负载的系统，单主复制可以增加从节点提高读性能。

单主复制的缺点：

        写请求存在瓶颈（依赖主节点）。当主机宕机时，从节点提升到主节点不是及时的，可能造成一些停机时间，甚至错误。

        主机宕机时，切换主机一般有两种方法，一手动，需要人工介入，慢。二自动，不需要人工介入，相对危险。

        倘若两个从节点同时检测到主节点失效，或者网络分区导致从节点认为主节点失效，但其实主节点仍然正常工作，这两种情况都会导致集群产生两个主节点。这种情况称为“脑裂(SplitBrain)”​，两个主节点都在处理写请求，可能造成数据损坏之类的灾难性后果。

多主复制：

        对于写请求负载要求严格的系统，一个自然的想法是增加多个主节点来分担写请求的负载。这种由多个节点充当主节点的数据复制方式称为多主复制。

        由于多主复制不止一个节点处理写请求，且网络存在延迟,这就意味着节点可能会对某些请求的正确顺序产生分歧,导致多个节点上的数据不一致，这种现象简称为数据冲突。

常见的解决冲突的办法：

        由客户端解决冲突：户端解决冲突。这种方法的具体解决方案是，在客户端下次读取系统中冲突数据的时候，将冲突的数据全部返回给客户端，客户端选择合适的数据并返回给存储系统，存储系统以此数据作为最终确认的数据，覆盖所有冲突的数据。、

        最后写入胜利（LLW）：每个写入请求标记上唯一时间戳或唯一自增ID，当冲突发生时，系统选择具有最新时间戳或最新ID版本的数据，并丢弃其他写入的数据。（分布式系统很难有一个统一的全局时间概念）

        因果关系跟踪：系统使用一种算法来跟踪不同请求之间的因果关系，并以此判断请求的先后顺序。例如：一定是先有帖子然后有评论。

多主复制的优点：

        增加主节点的容错性。

        可以在多个节点上执行写请求，分担写负载的压力。

        应用程序可以将写请求路由到不同的主节点,通常来说会路由到地理位置最近的节点，以减少往返时间，提升写请求的响应速度。例如：游戏服务器。

多主复制的缺点：

        它的复杂性，由于可以在多个节点上执行写操作，可能经常产生数据冲突。随着节点数量的增加，有时无法很好地解决产生的数据冲突，需要人工干预。极端情况下可能造成数据损坏。。。。

无主复制：

        无主复制的基本思想是,客户端不仅向一个节点发送写请求,而是将请求发送到多个节点，在某些情况下甚至会发送给所有节点，客户端将写请求并发地发送给几个节点后，一旦得到其中一些节点的确认响应(我们即将讨论具体需要多少个节点的确认信息)，就认为这次写成功了，然后继续发送下一个请求。

        无主复制有着不同的协调请求方式，一种是客户端直接将写操作发送到多个副本，而另一种是在节点中选出一个协调节点，客户端将请求发送到协调节点，再由协调节点代表客户端将写操作转发到多个副本,经过多个副本确认后再由协调节点响应客户端。与基于领导者的复制不同，无主复制不强制写操作的顺序。

未完待续