分布式系统 - BASE理论

BASE定理简介

BASE理论是Basically Available(基本可用),Soft State(软状态)和Eventually Consistent(最终一致性)三个短语的缩写,由eBay架构师Dan Pritchett提出来的。

BASE是对CAP中一致性和可用性权衡的结果,其来源于对大规模互联网分布式系统实践的总结,是基于CAP定律逐步演化而来。其核心思想是即使无法做到强一致性,但每个应用都可以根据自身业务特点,才用适当的方式来使系统打到最终一致。

BASE理论的内容

基本可用(Basically Available)

所谓基本可用就是在出现不可预知的故障时,系统主体功能依然可用。一个比较典型的例子就是在电商促销时,为保护购物系统,部分消费有可能会被导到一个降级页面。

软状态(Soft State)

所谓软状态是指允许系统中的数据存在中间状态,并认为这种状态不影响系统的整体可用性。典型的例子如在分布式文件系统中,数据的写入往往是先写入一份,再异步生成多个副本(同步生成副本不属于这种情况)。

最终一致性(Eventually Consistent)

上面提到了软状态,但是系统不可以一直处于软状态,必须有一个期限。在期限过后,应当保证所有副本数据是的一致的,从而达到数据的最终一致性。而在实际工程实践中,最终一致性分为5种:

因果一致性(Causal consistency)

如果节点A在更新完某个数据后通知了节点B,那么节点B之后对该数据的访问和修改都是基于A更新后的值。于此同时,和节点A无因果关系的节点C的数据访问则没有这样的限制。

读己之所写(Read your writes)

节点A更新一个数据后,它自身总是能访问到自身更新过的最新值,而不会看到旧值。其实也算一种因果一致性。

会话一致性(Session consistency)

会话一致性将对系统数据的访问过程框定在了一个会话当中:系统能保证在同一个有效的会话中实现 “读己之所写” 的一致性,也就是说,执行更新操作之后,客户端能够在同一个会话中始终读取到该数据项的最新值。

单调读一致性(Monotonic read consistency)

单调读一致性指的是:如果一个节点从系统中读取出一个数据项的某个值后,那么系统对于该节点后续的任何数据访问都不应该返回更旧的值。

单调写一致性(Monotonic write consistency)

单调写一致性指的是:一个系统要能够保证来自同一个节点的写操作被顺序的执行。

在实际的实践中,这5种系统往往会结合使用,以构建一个具有最终一致性的分布式系统。事实上,最终一致性并不是只有那些大型分布式系统才涉及的特性,许多现代的关系型数据库都采用了最终一致性模型。在现代关系型数据库中,大多都会采用同步和异步方式来实现主备数据复制技术。在同步方式中,数据的复制过程通常是更新事务的一部分,因此在事务完成后,主备数据库的数据就会达到一致。而在异步方式中,备库的更新往往会存在延时,这取决于事务日志在主备数据库之间传输的时间长短,如果传输时间过长或者甚至在日志传输过程中出现异常导致无法及时将事务应用到备库上,那么很显然,从备库中读取的数据将是旧的,因此就出现了数据不一致的情况。当然,无论是采用多次重试还是人为数据订正,关系型数据库还是能够保证最终数据达到一致。

总结

总的来说,BASE理论面向的是大型高可用可扩展的分布式系统,和传统事务的ACID特性是相反的,它完全不同于ACID的强一致性模型,而是提出通过牺牲强一致性来获得可用性,并允许数据在一段时间内是不一致的,但最终达到一致状态。

参考资料

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