【原创】分布式之大话CAP

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2019-4-14

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引言

本文翻译自博客
http://ksat.me/a-plain-english-introduction-to-cap-theorem/
博主觉得这个故事讲的生动活泼,因此翻译来给大家分享,顺便加上了点自己矫揉造作的见解,希望大家有所收获!
CAP理论大概说一下就是,一致性(Consistency)、可用性(Availability)、分区容忍性(Partition tolerance)。
目前网上对这三大特性的解释还是比较模糊,因此有了本文!

正文

“记忆公司”登场

昨天晚上你的妻子感谢你记得她的生日,并给她买了礼物。突然,一个点子闪过了你的脑海!人们现在普遍记忆力变差了,而你的记忆力却十分的好。因此,为何不成立一间公司可以充分运用自己的记忆天赋来赚钱呢?心动不如行动,你马上登报分享你的点子

以下是一次你和顾客的电话对话。


顾客:Hey,麻烦帮我记住我邻居的生日。
你:当然可以。他生日什么时候?
顾客:1月2日。
你:(在一个本子,翻到这位顾客的一页,记录下他邻居的生日。)好的,已记录好。下次你找回邻居的生日,请再次拨打电话。
顾客:谢谢。
你:不客气,本次收费0.1美元。

业务变大了

你的想法是如此简单,除了纸质笔记本和手机之外什么都不需要,但却非常有效, 你每天都开始接听数百个电话。
但慢慢的,问题出现了。顾客打电话进来时,需要等待的时间越来越多,另外,当你生病时,所有顾客都不能获得服务,这令人很是烦恼。
于是,你开始了一个新的计划:

  • 你和你的妻子同时接收顾客的电话
  • 顾客仍然只需要记着一个公司的服务电话 (555)–55-REMEM
  • 一个路由器会将顾客的电话分发到你和妻子电话上

第一次服务出问题

你的新计划实行了两天后,你接到了一个老客户Jhon的电话。对话内容如下


John:Hey
你:很高兴拨打记忆公司电话,有什么可以帮到你吗
John:可以告诉我去新泽西的航班是什么时候吗
你:当然,稍等1秒。(然后你翻开 John 的页面,发现并没有 John 航班的记录)
你:你好,是不是搞错了,我们这里并没有关于你航班的信息
John:什么?!昨天我才刚打电话过来说去新泽西航班的事情

这是怎么回事勒? Jhon在撒谎么?你稍加思考便找到了原因!应该是妻子接到了电话,你走到妻子的桌子,发现妻子将 John 的航班记录在了本子上,这时你才意识到导致问题的原因,妻子接听到 John 的电话,但你的本子没有 John 的记录。

这就存在一个严重的问题了!你的系统没法保证一致性。打进来的电话可能其中一人接听并记录下来,下次电话查询时却可能由另一人接听,这样就会出现不一致的问题,无法为顾客准确提供服务。

怎么解决一致性问题

当你的妻子睡着后,晚上你躺在床上辗转难眠。在第二天清晨,你想到了一个全新的计划,你叫醒了你的妻子并告诉她:
“亲爱的,这是我们现在要做的!”

  • 我们两个人中任何一个人接到电话(客户要求我们记录事情的时候),在挂电话之前,我们都要通知另一个人
  • 我们两个同时在本子更新这位顾客的记录
  • 下次这位顾客再次打电话进来查询,这时我们不需要告知对方,因为两个本子都有这位顾客的记录了

你对妻子说,这个方案只有一个问题,当有顾客需要记录时,我们不能并行地工作。例如,你接收到记录的电话并这个信息告知我,这时我就不能再接听其他顾客的电话了。但这个问题基本上也是可以接受的,因为大部分顾客的电话都是查询的。

然而,这个方案虽然解决了一致性问题,但是依然存在可用性问题!如果某天我们其中一个人有事不能工作了怎么办?因为,我们需要同时更新我们两个人的本子,当我接到一个记录的电话时,而你恰好不在,我就无法更新你的本子。这样我们就无法完成客户的请求,可用性无法保证!

更好的解决方案

难道就没有同时满足 一致性和可用性 的设计吗?
你经过一夜的思考,又想到了一个方案,具体如下:

  • 当接到有记录需求的电话,如果我们两人当天都上班,那么我们同时记录下这位顾客的记录
  • 如果有一个人没上班,我们就将变更信息以email的形式发给另一个人
  • 第二天,没上班的那个人上班后,先接收e-mail,并在自己的本子上记录所有顾客的要求。记录好后,才开始接收第一个电话。

这样我们就同时满足了一致性和可用性的要求。

妻子生气了

又过了一段时间,公司经营不错。由于你藏私房钱的原因,妻子生气了。
于是她接到一位顾客需要记录的电话并没告知你。由于记录没能在两个本子更新,你的设计完全被打破了。你的设计建立在两人良好沟通的前提下,如果出现沟通无法进行的情况,系统就出现问题了。也就是说,你的设计没有达到 分区容忍性(partition tolerant)的要求。
ps:这就是满足一致性和可用性的情况,无法保证分区容忍性。

当然,你也可以允许沟通无法进行的情况下继续提供服务。你要是选择可用性,你就无法保证你和你妻子之间本子上记录的内容一致。
ps:这就是满足分区容忍性和可用性的情况,无法保证一致性。

最后,你也可以允许沟通无法进行的情况下继续提供服务。你要是选择一致性,
那么这个顾客的要求就无法完成,也就是可用性无法满足。
ps:这就是满足分区容忍性和一致性的情况,无法保证可用性。

总结

下面回顾CAP理论,对照三个定义如下。可以发现,我们最多满足其中的两个要求
一致性:一旦顾客更新了记录,下次再打电话查询时,总能获取最新的记录
可用性:只要你和妻子有人上班,记忆公司总能为顾客提供服务
分区容忍性:即使你和妻子的沟通无法进行,记忆公司仍然可以提供服务