漫谈事务与分布式事务（4）- 最终一致性

在上一篇文章里忽略了一点。

 

CAP 定理有一个缺陷，这个缺陷可以帮助我们“部分”摆脱 分布式困境。

 

总的来说，CAP 定理本身是完备的，但它并没有描述一个分布式系统何时产生分区，以及分区会持续多长时间。理论其实只限制：在分区发生的 时间内，系统只能在一致性（C）和可用性（A）之间二选一。

 

因此，分布式系统完全可以在没有出现分区时保证 C 和 A，而在出现分区后，放弃一些 A 或者 C 然后通过人工操作消除分区，让系统恢复到分区前的状况。

 

这样说太复杂了。用 说人话 的方式就是：

 

    ※ 当没有故障时，系统正常处理请求并且返回一致的结果。

    ※ 出现故障后，首先把所有请求切换到正常机器，故障机器下线。

    ※ 接着人工恢复故障机器上的数据，保证数据一致性。

    ※ 最后让机器重新上线，恢复系统正常容量。

 

基本上（请忽略一些细节），这就是主备同步的数据库集群在故障恢复时的做法。

 

这里的思路是，既然 CAP 特性在一个时间点不可能同时满足，那我们可以在这个时间点暂时放弃 A 或者 C，然后在另一个时间点再设法恢复。只要恢复的速度足够快，用户就能够忍受暂时的不一致或者不可用。

 

“Twitter 只是暂时不可用，最终会恢复可用。”

 

沿着这个思路，业界产生了一些理论，其中最著名的是 BASE。

 

BASE, 最终一致性

 

这个理论由 Basically Available, Soft state, Eventual consistency 组成。核心的概念是 Eventual consistency ——最终一致性。它局部的放弃了 CAP 理论中的“完全”一致性，提供了更好的可用性和分区容忍度。

 

    Basically Available

 

    基本可用, 或者说部分可用。由于分布式系统的节点故障是常见的，业务必须接受这种不可用，并且做出选择：是访问另一个节点忍受数据的临时不一致，还是等待节点恢复并忍受业务上的部分不可用。

 

    Soft state

 

    把所有节点的数据 (数据 = 状态) 都看作是缓存（Cache）。适当的调整业务，使业务可以忍受数据的临时不一致，并保证这种不一致是无害的，可以被最终用户理解。

 

    Eventual consistency

 

    放弃在任何时刻、从任何节点都能读到完全一致的数据。允许数据的临时不一致，并通过异步复制、重试和合并消除数据的临时不一致。

 

注意 在分布式系统中，写入和读取可能发生在不同的节点上。最终一致带来的问题是，业务在写入后立即读取，很可能读不到刚刚写入的数据。因此需要一个附加约束：

 

    RYW (Read-Your-Writes) consistency

 

    RYW consistency 是弱化的因果一致性（Causal consistency），它保证业务在会话中一定能读到上一次写入的数据。会话可以看作是同一个连接，或者是同一个 HTTP Session。例如：用户刚刚创建了一个订单，在提交后他可以立刻查看这个订单，这就是 RYW 一致性。

 

ACID 与 BASE

 

BASE 这个缩写有些拼凑的痕迹。那是因为作者认为它的含义与 ACID 恰好相反。

 

在英文词典里，ACID 代表 酸（Acid），而 BASE 代表 碱（Base）。就像这两个单词在化学中的含义一样 —— ACID 与 BASE 位于 CAP 理论的两端，代表了分布式系统的两种选择。

 

传统数据库用 ACID 保护业务数据的一致性。它明确的要求：事务必须保证数据从上一个一致性状态进入下一个一致性状态，事务的结束和数据的一致性之间没有时差。

 

从 CAP 定理我们可以知道：正是 ACID 要求的这种“强”一致性，使得事务系统只能选择 C-A 或者 C-P。第一个选择实际上是单机的传统数据库，第二个选择是后面将要介绍的强一致性的数据复制集群。

 

而 BASE 代表了另一种选择：放弃一致性 来保证分布式系统的高可用。与 ACID 的做法相反：业务需要接受和处理数据的不一致，并且保证这些不一致不会破坏业务约束 —— 这需要设计者对可能产生的数据不一致和业务约束非常了解，并且带来了更高的复杂度。

 

选择 高可用 的价值在于：很多场景下系统不可用就意味着对外停止服务，对用户的影响和商业风险远远比“系统仍然可用但是要过一会才能看到数据”来得严重。在一些场景下，用户或许根本不在乎过一会才能看到数据，例如 银行跨行转账。但是，如果银行告诉用户无法进行跨行转账，那么就会有很多用户质疑或投诉银行的服务了。

 

上面的 CAP 拼图里还剩下一个区域。前面讨论过的 ACID 理论占据了 C-A 区域，代表根本无法容忍分区的传统单机数据库。本文介绍的 BASE 理论位于 A-P 区域，代表部分放弃一致性、追求高可用的现代业务系统。

 

因此在这幅拼图里还剩下 C-P：能够在分布式环境下 保证数据一致性 的理论。

 

下一篇准备介绍这一部分理论。敬请期待。

 

评论

1 楼 xugangqiang 2015-01-04  

很好很强大，强烈推荐。