一致性方案研究

理论

CAP 与 ACID

一个分布式系统最多只能同时满足一致性(Consistency)、可用性(Availability)和分区容错性(Partition tolerance)这三项中的两项。

CAP与ACID的关系更复杂一些,也因此引起更多误解。其中一个原因是ACID的C和A字母所代表的概念不同于CAP的C和A。还有一个原因是选择可用性只部分地影响ACID约束。ACID四项特性分别为:

  • 原子性(Atomicity)。所有的系统都受惠于原子性操作。当我们考虑可用性的时候,没有理由去改变分区两侧操作的原子性。而且满足ACID定义的、高抽象层次的原子操作,实际上会简化分区恢复。

  • 一致性(Consistency)。ACID的C指的是事务不能破坏任何数据库规则,如键的唯一性。与之相比,CAP的C仅指单一副本这个意义上的一致性,因此只是ACID一致性约束的一个严格的子集。ACID一致性不可能在分区过程中保持,因此分区恢复时需要重建ACID一致性。推而广之,分区期间也许不可能维持某些不变性约束,所以有必要仔细考虑哪些操作应该禁止,分区后又如何恢复这些不变性约束。

  • 隔离性(Isolation)。隔离是CAP理论的核心:如果系统要求ACID隔离性,那么它在分区期间最多可以在分区一侧维持操作。事务的可串行性(serializability)要求全局的通信,因此在分区的情况下不能成立。只要在分区恢复时进行补偿,在分区前后保持一个较弱的正确性定义是可行的。

  • 持久性(Durability)。牺牲持久性没有意义,理由和原子性一样,虽然开发者有理由(持久性成本太高)选择BASE风格的软状态来避免实现持久性。这里有一个细节,分区恢复可能因为回退持久性操作,而无意中破坏某项不变性约束。但只要恢复时给定分区两侧的持久性操作历史记录,破坏不变性约束的操作还是可以被检测出来并修正的。通常来讲,让分区两侧的事务都满足ACID特性会使得后续的分区恢复变得更容易,并且为分区恢复时事务的补偿工作奠定了基本的条件。

实现最终一致性的方案

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