「架构师训练营」作业：第 6 周 CAP 原理

请简述 CAP 原理。

CAP是分布式系统的一项指标。从一致性（Consisitency）、可用性（Availability）、分区耐受性（Partition Tolerance）这3个方面来衡量分布式系统。

在介绍 CAP原理之前，我们先来了解一个很重要的概念：事务

在计算机科学中，事务是无法被分割的操作，事务处理就是被分割为个体的信息处理。事务必须作为一个完整的单元成功或失败，不可能存在部分完成的事务。



—— 维基百科



也就是说，事务是作为一个单元执行的，要么全部成功，要么全部失败，没有中间状态的。

平时我们说的事务，主要是指数据库事务。数据库事务有ACID这4个基本特性：

• A：原子性（atomicity）

一个事务对状态的改变是基元的，所有发生的或是不发生的。

要么都成功，要么都失败。

• C：一致性（consistency）

事务是对状态的正确转换，以组为单位采取的行动不违反与状态相关联的完整性约束。

数据在执行前后满足一致性状态，数据都是有效合法的。

• I：隔离性（isolation）

即使事务并发执行，对于每个事务T来看，其他的事务都是在T之前或之后执行，但不是两者都执行。

多个事务直接是互不影响的。

• D：耐久性（durability）

一旦事务成功完成（提交），对状态的改变从故障中幸存并被保留。



随着分布式系统的出现，一个系统会有多个进程、多个数据库，那就会诞生分布式事务的问题。分布式事务是协调不同服务器、不同数据库上的操作的，本质上它还是数据库事务。

CAP原理是分布式系统的入门理论。它从 3 个方面描述一个分布式系统。



• C：一致性（Consistency）

每次读取的数据都应该是最近写入的数据或者返回一个错误，而不是过期数据

• A：可用性（Availability）

每次请求都应该得到一个响应，而不是返回一个错误或者失去响应，不过这个响应不需要保证数据是最近写入的。也就是说系统需要一直都有可以正常使用的，不引起调用者的异常，但是并不保证响应的数据是最新的。

• P：分区耐受性（Partition Tolerance）

即使因为网络原因，部分服务器节点之间消息丢失或者延迟了，系统依然应该是可以操作的。

子系统之间交互是会有延迟甚至网络故障的，在分布式系统下面，这个是无法避免的。



由于分区延迟或者故障是一定会存在的，在分布式系统必须要满足分区耐受性的情况下，可用性和一致性无法同时满足。CAP 3 个指标，通常只能满足两个。



参考文章：

http://www.ruanyifeng.com/blog/2018/07/cap.html

https://en.wikipedia.org/wiki/Transaction_processing

https://baike.hk.xileso.top/wiki/CAP