如何進行分布式系統(tǒng)架構(gòu)以及CAP原理的分析，很多新手對此不是很清楚，為了幫助大家解決這個難題，下面小編將為大家詳細講解，有這方面需求的人可以來學(xué)習(xí)下，希望你能有所收獲。

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一、什么是分布式系統(tǒng)？

關(guān)于分布式系統(tǒng)的定義，《分布式系統(tǒng)原理和范型》一書中是這樣定義分布式系統(tǒng)的：“分布式系統(tǒng)是若干獨立計算機的集合，這些計算機對于用戶來說就像是單個系統(tǒng)”。

(圖片選自《分布式系統(tǒng)常用技術(shù)及案例分析》)

設(shè)計一個分布式系統(tǒng)，需要考慮很多方面。比如系統(tǒng)如何拆分子系統(tǒng)？如何規(guī)劃子系統(tǒng)中的通信？通信是否安全？系統(tǒng)是否具有擴展性？子系統(tǒng)如何讓實現(xiàn)可靠性？數(shù)據(jù)的一致性如何保證？等等，都不是很好解決。

但是對于我們一般的用戶來說，開源世界已經(jīng)有完善的解決方案和工具了，比如，我們在設(shè)計通信時，我們可以采用面向消息的中間件，比如Apache ActiveMQ、RabbitMQ、Apache RocketMQ、Apache Kafka等，也有類似與 Google Protocol Buffer、Thrift等 RPC框架。在設(shè)計分布式計算時，我們分布式計算可以采用 MapReduce、Apache Hadoop、Apache Spark 、Apache Flink 等。在大數(shù)據(jù)分布式存儲方面，我們可以選擇 HDFS、Apache HBase、Apache Cassandra、Memcached、redis、MongoDB等。在分布式監(jiān)控方面，常用的技術(shù)包括Nagios、Zabbix、Consul、ZooKeeper等。

二、對 CAP 的一點理解

2000 年 7 月，加州大學(xué)伯克利分校的 Eric Brewer 教授在 ACM PODC 會議上提出 CAP 猜想。2 年后，麻省理工學(xué)院的 Seth Gilbert 和 Nancy Lynch 從理論上證明了 CAP。之后，CAP理論正式成為分布式計算領(lǐng)域的公認定理。

首先我們先來看看 CAP 分別代表什么？

一致性：更新操作成功并返回客戶端完成后,分布式的所有節(jié)點在同一時間的數(shù)據(jù)完全一致。（注意：這里說的是強一致性。）

可用性:  讀和寫操作都能成功。無論何時，都可以在有效時間內(nèi)返回用戶的請求。

分區(qū)容錯性：再出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)故障導(dǎo)致分布式節(jié)點間不能通信時，系統(tǒng)能否繼續(xù)服務(wù)

需要注意的是：在分布式系統(tǒng)中，沒有一種設(shè)計可以同時滿足一致性、可用性、分區(qū)容錯性  3 個特性。CAP 三者不是對等的，其中 P 是基礎(chǔ)，CA 之前需要權(quán)衡。

如果說Spanner真有什么特別之處，那就是谷歌的廣域網(wǎng)。Google通過建立私有網(wǎng)絡(luò)以及強大的網(wǎng)絡(luò)工程能力來保證P，在多年運營改進的基礎(chǔ)上，在生產(chǎn)環(huán)境中可以最大程度的減少分區(qū)發(fā)生，從而實現(xiàn)高可用性。

CAP之父在《Spanner，真時，CAP理論》一文中寫到  

在全球廣域地理分布環(huán)境下（全球規(guī)模的分布式系統(tǒng)），網(wǎng)絡(luò)分區(qū)是一個自然的事實，甚至有人認為是必然的。（用來解釋為什么 P 是基礎(chǔ)。）

上面提到的一致性可以分為幾類：強一致性、單調(diào)一致性、弱一致性、會話一致性、最終一致性。

三、總結(jié)

文章開頭部分也提到了，現(xiàn)在的開源世界已有完善的分布式系統(tǒng)解決方案了，我們沒有必要重復(fù)造輪子，難度也可想而知。我們可以在使用的過程中倒推這個系統(tǒng)滿足了 CAP 的哪兩個特性。比如：Zookpper 是 CP，P 是基礎(chǔ)的，所有分布系統(tǒng)需要優(yōu)先考慮這個，Zookeeper 從順序一致性、原子性、單一鏡像、持久性、實時性保證了數(shù)據(jù)的一致性。但是它在某些情況（重啟或網(wǎng)絡(luò)節(jié)點故障）下會重新選舉 Leader，此時整個集群是不可用的。問題在于，選舉leader的時間太長，30 ~ 120s, 且選舉期間整個zk集群都是不可用的，這就導(dǎo)致在選舉期間注冊服務(wù)癱瘓，雖然服務(wù)能夠最終恢復(fù)，但是漫長的選舉時間導(dǎo)致的注冊長期不可用是不能容忍的。所以說，ZooKeeper不能保證服務(wù)可用性。所以 Zookepper 保證了 CP，而不是 AP。

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