架构师训练营 第六周 作业

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发布于: 2020 年 07 月 15 日

作业一:

下面两题,至少选做一题

  • 请简述 CAP 原理。

  • 针对 Doris 案例,请用 UML 时序图描述 Doris 临时失效的处理过程(包括判断系统进入临时失效状态,临时失效中的读写过程,失效恢复过程)。



CAP原理

2000年7月,加州大学伯克利分校的Eric Brewer教授在ACM PODC会议上提出CAP猜想。2年后,麻省理工学院的Seth Gilbert和Nancy Lynch从理论上证明了CAP。之后,CAP理论正式成为分布式计算领域的公认定理。



CAP定理即:分布式数据库系统最多只能保证三分之二的这三个特点:

  • 一致性(Consistency)

  • 可用性(Availability)

  • 分区容错性(Partition tolerance)



一.CAP定义

1.一致性(Consistency)



一致性一般值数据一致性

如果所有节点同时看到相同的数据,则认为系统是一致的。



简而言之,如果我们在一致的系统上执行读取操作,则它应该返回最新写入操作的值。



all nodes see the same data at the same time

所有节点同时能看到相同的数据,这就是一致性,但是一致性细化分为三种不同类型:



三种一致性分类

注意:一般中大型项目都使用主从库,这里需要你有主从库的概念



  • 强一致性:用户更新头像后,并使其他用户可见,即从库复制属于同步是为强一致。

  • 弱一致性:用户更新头像后,后续部分用户访问不到新头像,即从库复制属于异步是为弱一致。

  • 最终一致性:当用户从异步从库读取时,如果此异步从库落后,他可能会看到过时的信息。这种不一致只是一个暂时的状态——如果等待一段时间,从库最终会赶上并与主库保持一致。这称为最终一致性

cap理论中的一致性是指强一致性

2.可用性(Availability)



分布式系统中的可用性可确保系统100%的时间保持运行。不管节点的状态如何,每个请求都会得到一个(非错误)响应。



Reads and writes always succeed (读写一直可用)

3.分区容错性(Partition tolerance)



现在的微服务基本都是分区部署,即使其中几台服务器挂掉了,那么剩余的服务器也要能够对外提供正常的系统需求.



二。CAP取舍

在cap理论中,P是绝对成立的,现在微服务分区部署是一个绝对的事实,多节点部署是基础设施,如果没有P,也就等于没有分布式系统,更何谈cap理论。所以在cap理论中,我们一般谈论的是ca之间的权衡,然后尽量提升P



1.CP舍A



如果系统能够接受一段时间无响应或者停机的话,就可以在CAP中保留CP舍A,付出的代价将会是用户的体验感下降,这类设计一般只适用于内部系统,或者用户访问量不多的情况下,相较ap这种设计是比较少的。



2.AP舍C



保留系统可用性和分区容错性,放弃一致性(CAP中一致性指强一致性),AP注重用户体验,分布式系统中,最大的问题就是网络传输问题,如果服务网络出现问题,那么各节点只能使用自身库(缓存)返回数据,导致用户看到的数据可能不一致。系统中舍弃强一致性并不意味着系统数据就不一致了,只是换了一种方式,不使用强一致性,而使用最终一致性,允许数据短暂时间内不同步,但是类似银行这种系统是必须要使用强一致性的。大多数互联网场景使用AP多一些,但是万事没有绝对,应该根据业务场景来进行架构设计,只有适合的才是最好的



3.为什么CAP无法同时满足?



可用性、分区容错性、一致性能否同时满足呢,答案是否定的。



假设现在有两台服务器,NodeA和NodeB这两台服务器组成分布式系统:



  • 在满足一致性的时候两台服务器的数据是一样的,DB0=DB0。

  • 在满足可用性的时候,用户不管是请求NodeA还是NodeB,都会得到立即响应。

  • 在满足分区容错性的情况下,NodeA和NodeB有任何一方宕机,或者网络不通的时候,都不会影响NodeA和NodeB彼此之间的正常运作。

如果NodeA和NodeB之间通信的时候网络突然出现故障,有用户向NodeA发送数据更新请求,那NodeA中的数据DB0将被更新为DB1,由于网络是断开的,NodeB中的数据库仍旧是DB0;



如果这个时候,有用户向NodeB发送数据读取请求,由于数据还没有进行同步,应用程序没办法立即给用户返回最新的数据NodeB,一般有 二种选择:



  1. 牺牲数据一致性,响应旧的数据DB0给用户;ap舍c

  2. 牺牲可用性,阻塞等待,直到网络连接恢复,数据更新操作完成之后,再给用户响应最新的数据DB1。cp舍a

p 上面说过分布式架构特殊性,p是必选的

通过以上说明了要满足分区容错性的分布式系统,只能在一致性和可用性两者中,选择其中一个。所以说分布式系统不可能同时满足三个特性。



三.总结

简而言之:

  • 一致性:无论返回哪个节点,都必须返回相同的Data。

  • 可用性:节点应该响应(必须可用)。

  • 分区容忍性:集群应该响应(必须提供),即使有节点间AA分区(即网络故障)。

无论架构师、普通开发还是项目经理,cap是必须在系统设计之初做出取舍,选择最适合自己的方案。



作业二。明天补

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