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分布式唯一id詳解
分布式唯一id詳解
更新时间:2025-04-03 09:29:08
概述

目前分布式系統正變得越來越重要,大型網站幾乎都是分布式的。而分布式系統的最大難點,就是各個節點的狀态如何同步。CAP 定理是這方面的基本定理,也是理解分布式系統的起點。所以今天針對CAP做個單獨介紹。


01分布式系統的三個指标

分布式唯一id詳解(詳解分布式系統基本定理--CAP定理)1

1998年,加州大學的計算機科學家 Eric Brewer 提出,分布式系統有三個指标。

  • Consistency
  • Availability
  • Partition tolerance

它們的第一個字母分别是 C、A、P。

Eric Brewer 說,這三個指标不可能同時做到。這個結論就叫做 CAP 定理。


02Partition tolerance

先看 Partition tolerance,中文叫做"分區容錯"。

大多數分布式系統都分布在多個子網絡。每個子網絡就叫做一個區(partition)。分區容錯的意思是,區間通信可能失敗。比如,一台服務器放在中國,另一台服務器放在美國,這就是兩個區,它們之間可能無法通信。

分布式唯一id詳解(詳解分布式系統基本定理--CAP定理)2

上圖中,G1 和 G2 是兩台跨區的服務器。G1 向 G2 發送一條消息,G2 可能無法收到。系統設計的時候,必須考慮到這種情況。

一般來說,分區容錯無法避免,因此可以認為 CAP 的 P 總是成立。CAP 定理告訴我們,剩下的 C 和 A 無法同時做到。


03Consistency

Consistency 中文叫做"一緻性"。意思是,寫操作之後的讀操作,必須返回該值。舉例來說,某條記錄是 v0,用戶向 G1 發起一個寫操作,将其改為 v1。

分布式唯一id詳解(詳解分布式系統基本定理--CAP定理)3

接下來,用戶的讀操作就會得到 v1。這就叫一緻性。

分布式唯一id詳解(詳解分布式系統基本定理--CAP定理)4

問題是,用戶有可能向 G2 發起讀操作,由于 G2 的值沒有發生變化,因此返回的是 v0。G1 和 G2 讀操作的結果不一緻,這就不滿足一緻性了。

分布式唯一id詳解(詳解分布式系統基本定理--CAP定理)5

為了讓 G2 也能變為 v1,就要在 G1 寫操作的時候,讓 G1 向 G2 發送一條消息,要求 G2 也改成 v1。

分布式唯一id詳解(詳解分布式系統基本定理--CAP定理)6

這樣的話,用戶向 G2 發起讀操作,也能得到 v1。

分布式唯一id詳解(詳解分布式系統基本定理--CAP定理)7


04Availability

Availability 中文叫做"可用性",意思是隻要收到用戶的請求,服務器就必須給出回應。

用戶可以選擇向 G1 或 G2 發起讀操作。不管是哪台服務器,隻要收到請求,就必須告訴用戶,到底是 v0 還是 v1,否則就不滿足可用性。

一緻性和可用性,為什麼不可能同時成立?答案很簡單,因為可能通信失敗(即出現分區容錯)。

如果保證 G2 的一緻性,那麼 G1 必須在寫操作時,鎖定 G2 的讀操作和寫操作。隻有數據同步後,才能重新開放讀寫。鎖定期間,G2 不能讀寫,沒有可用性不。

如果保證 G2 的可用性,那麼勢必不能鎖定 G2,所以一緻性不成立。

總之,G2 無法同時做到一緻性和可用性。系統設計時隻能選擇一個目标。如果追求一緻性,那麼無法保證所有節點的可用性;如果追求所有節點的可用性,那就沒法做到一緻性。


後面會分享更多devops和DBA方面内容,感興趣的朋友可以關注下!

分布式唯一id詳解(詳解分布式系統基本定理--CAP定理)8

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