NoSQL 中的 CAP

1、CAP概述

CAP理论 是由 EricBrewer 教授 提出的,在设计和部署分布式应用的时候,存在三个核心的系统需求,这个三个需求之间存在一定的特殊关系。三个需求如下:

C: Consistency (一致性)
A: Availability (可用性)
P: Partition Tolerance (分区容错性)
CAP理论的核心是:一个分布式系统不可能同时很好的满足 一致性,可用性和分区容错性这三个需求,最多只能同时较好的满足两个。

因此,根据CAP原理,将NoSQL数据库分成满足CA原则、CP原则和AP原则 三大类:
CA - 单点集群,满足一致性,可用性的系统,通常在可扩展性上不太强大。 (传统数据库)
CP - 满足一致性,分区容忍性的系统,通常性能不是特别高。 (Redis、MongoDB)
AP - 满足可用性,分区容忍性的系统,通常可能对一致性要求低一些。 (大多数网站架构的选择)

2、CAP定义

(1)、Consistency 一致性

一致性又称为原子性或者事务性。表示一个事务的操作是不可分割的,要不然这个事务完成,要不然这个事务不完成,不会出现这个事务完成了一半这样的情况。这种事务的原子性使得数据具有一致性。

我们通常情况下在数据库中存在的脏数据就属于数据没有具有一致性的表现。而在分布式系统中,经常出现的一个数据不具有一致性的情况是读写数据时缺乏一致性。比如两个节点数据冗余,第一个节点有一个写操作,数据更新以后没有有效的使得第二个节点更新数据,在读取第二个节点的时候就会出现不一致的问题出现。

传统的ACID数据库是很少存在一致性问题的,因为数据的单点原因,数据的存取又具有良好的事务性,不会出现读写的不一致。

(2)、Availability 可用性

好的可用性主要是指系统能够很好的为用户服务,不出现用户操作失败或者访问超时等用户体验不好的情况。可用性通常情况下可用性和分布式数据冗余,负载均衡等有着很大的关联。

(3)、Partition Tolerance 分区容错性

分区容错性和扩展性紧密相关。在分布式应用中,可能因为一些分布式的原因导致系统无法正常运转。好的分区容错性要求能够使应用虽然是一个分布式系统,而看上去却好像是在一个可以运转正常的整体。比如现在的分布式系统中有某一个或者几个机器宕掉了,其他剩下的机器还能够正常运转满足系统需求,这样就具有好的分区容错性。

3、CAP理论的意义

随着互联网应用的飞速发展,数据量与日俱增,传统的ACID数据库已经不能满足如此大的海量数据存储了。这个时候需要设计出好的分布式数据存储方式。而这些分布式数据存储方式受到CAP理论的约束,不可能达到高一致性,高可用性,高分区容错性的完美设计。所以我们在设计的时候要懂得取舍,重点关注对应用需求来说比较重要的,而放弃不重要的,在CAP这三者之间进行取舍,设计出贴合应用的存储方案。

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