分布式存储系列之一:CAP（分布式 cap base）
haoteby 2025-07-08 18:10 32 浏览
上一篇文章中对分布式存储进行了简单的介绍。在这第一篇正式介绍的文章中，我们先来看一下著名的分布式系统中的 CAP (
consistency-availability-partition tolerance，一致性-可用性-分区容忍性) 理论。
分布式存储是分布式系统中的一类，其他的还有分布式服务，分布式数据库，还有大热的区块链等等。分布式系统必然是由多节点通过网络连接组成，对外提供某种服务，而服务通常也有一致性要求。
C：一致性。在分布式系统中的所有参与者的状态需要保持一致（或通过算法保证外部得到的系统状态是一致的）。在数据存储中，简单来讲指的是所有正常服务的节点中保存的数据状态一致，如果是数据的多节点备份，那么就需要全部节点中都保有最新的正确数据。（后面会介绍这样的描述是不精确的，因为可以通过算法保证系统对外提供的数据访问服务的状态一致）。
A：可用性。保证整个系统对每个请求不管成功或者失败都能作出响应。
P：分区容忍性。系统中节点之间的任意信息的丢失或失败不会影响系统正确的运作。
如果我们能同时达成这三个方面，那简直太赞了。但是理想总是美好的，现实却会显得有些不足是必然的。
CAP原理中的，一个分布式系统只能同时达成三方面中的两个方面，就是要么AP，要么CP，要么AC，但是不存在CAP。
比如在一个分布式存储系统中，如果需要容忍网络分区，而且要保证数据的强一致性，那么在网络分区发生的时候，系统不能对外提供数据修改和写入服务。舍弃A，保证PC。因为如果可以从一个分区A写入的数据，而由于分区存在，系统内部无法将数据传递给另一个分区B的节点，所以分区B中的节点的数据与A中的数据是不一致的，在这时如果有数据读取请求发生在分区B中，那么读取到的数据是一个旧数据，导致了服务的不一致。
如果大家对详细的论述及证明感兴趣，那么可以参考文末的论文。
让我们来猜猜在一个分布式系统中，必然会发生的是什么呢？是网络分区，因为在当前的技术手段中，网络硬件肯定会有网络信息丢失、中断、延时（高延时可以视为中断）都是不可避免的。而这意味着分区容错是一定要实现的。那么我们只能在CA中选择一项。
当然CAP原理中的C代表的是强一致性。在实际应用场景的不断变化下，在CAP 原理之外，又出现了BASE 原理。BASE 原理将在下一篇文章中介绍。
希望大家多多提出意见，指出错误，提出问题，多交流可以帮助更清楚的理解。让我们相互学习。
参考文献：
https://ieeexplore.ieee.org/document/798396
http://www.infoq.com/articles/cap-twelve-years-later-how-the-rules-have-changed
https://www.cl.cam.ac.uk/research/dtg/www/files/publications/public/mk428/cap-critique.pdf
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