CAP理论&ZK&Eureka

雨点打透心脏的1/2处 2022-05-14 03:25 105阅读 0赞

如果我们期待实现一套严格满足ACID(Atomicity原子性、Consistency一致性、Isolation隔离性、Durability持久性)的分布式事务，很可能的情况就是系统的可用性和严格一致性出现冲突。在可用性和一致性之间永远无法存在一个两全其美的方案。

# CAP理论 #

2000年7月，加州大学伯克利分校Eric Brewer教授提出了著名的CAP猜想。2年后，来自麻省理工学院的Seth Gilbert和Nancy Lynch从理论上证明了CAP，从此CAP定理成为了分布式计算领域公认的定理。  
CAP理论告诉我们：一个分布式系统不可能同时满足一致性(C:Consistency)、可用性(A:Availability)、分区容错性(P:Partition tolerance)这三个基本需求，并且最多只能满足其中的两项  
\* 一致性：指更新操作成功并返回客户端完成后，所有节点在同一时间的数据完全一致  
\* 可用性：指用户在访问数据时可以得到及时的响应  
\* 分区容错性：指分布式系统在遇到某节点或网络分区故障的时候，仍然能够对外提供满足一致性和可用性的服务

#### 一致性 ####

一致性是指从系统外部读取系统内部的数据时，在一定约束条件下相同，即数据变动在系统内部各节点应该是同步的。根据一致性的强弱程度不同，可以将一致性级别分为如下几种：  
\* 强一致性（strong consistency）。任何时刻，任何用户都能读取到最近一次成功更新的数据。  
\* 单调一致性（monotonic consistency）。任何时刻，任何用户一旦读到某个数据在某次更新后的值，那么就不会再读到比这个值更旧的值。也就是说，可　　获取的数据顺序必是单调递增的。  
\* 会话一致性（session consistency）。任何用户在某次会话中，一旦读到某个数据在某次更新后的值，那么在本次会话中就不会再读到比这值更旧的值　　 会话一致性是在单调一致性的基础上进一步放松约束，只保证单个用户单个会话内的单调性，在不同用户或同一用户不同会话间则没有保障。示例case：php的　　session概念。  
\* 最终一致性（eventual consistency）。用户只能读到某次更新后的值，但系统保证数据将最终达到完全一致的状态，只是所需时间不能保障。  
\* 弱一致性（weak consistency）。用户无法在确定时间内读到最新更新的值。

### ZooKeeper ###

分析：可用性（A:Available）  
不能保证每次服务请求的可用性。任何时刻对ZooKeeper的访问请求能得到一致的数据结果，同时系统对网络分割具备容错性；但是它不能保证每次服务请求的可用性（注：也就是在极端环境下，ZooKeeper可能会丢弃一些请求，消费者程序需要重新请求才能获得结果）。所以说，ZooKeeper不能保证服务可用性。  
进行leader选举时集群都是不可用。在使用ZooKeeper获取服务列表时，当master节点因为网络故障与其他节点失去联系时，剩余节点会重新进行leader选举。问题在于，选举leader的时间太长，30 ~ 120s, 且选举期间整个zk集群都是不可用的，这就导致在选举期间注册服务瘫痪，虽然服务能够最终恢复，但是漫长的选举时间导致的注册长期不可用是不能容忍的。所以说，ZooKeeper不能保证服务可用性。

### Eureka保证AP ###

Eureka看明白了这一点，因此在设计时就优先保证可用性。Eureka各个节点都是平等的，几个节点挂掉不会影响正常节点的工作，剩余的节点依然可以提供注册和查询服务。而Eureka的客户端在向某个Eureka注册或时如果发现连接失败，则会自动切换至其它节点，只要有一台Eureka还在，就能保证注册服务可用(保证可用性)，只不过查到的信息可能不是最新的(不保证强一致性)。除此之外，Eureka还有一种自我保护机制，如果在15分钟内超过85%的节点都没有正常的心跳，那么Eureka就认为客户端与注册中心出现了网络故障，此时会出现以下几种情况：  
1. Eureka不再从注册列表中移除因为长时间没收到心跳而应该过期的服务  
2. Eureka仍然能够接受新服务的注册和查询请求，但是不会被同步到其它节点上(即保证当前节点依然可用)  
3. 当网络稳定时，当前实例新的注册信息会被同步到其它节点中

因此， Eureka可以很好的应对因网络故障导致部分节点失去联系的情况，而不会像zookeeper那样使整个注册服务瘫痪。  
Eureka作为单纯的服务注册中心来说要比zookeeper更加“专业”，因为注册服务更重要的是可用性，我们可以接受短期内达不到一致性的状况。不过Eureka目前1.X版本的实现是基于servlet的java web应用，它的极限性能肯定会受到影响。期待正在开发之中的2.X版本能够从servlet中独立出来成为单独可部署执行的服务。