本篇內(nèi)容介紹了“java分布式一致性原理是什么”的有關(guān)知識(shí)，在實(shí)際案例的操作過程中，不少人都會(huì)遇到這樣的困境，接下來(lái)就讓小編帶領(lǐng)大家學(xué)習(xí)一下如何處理這些情況吧！希望大家仔細(xì)閱讀，能夠?qū)W有所成！

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一、概述

分布式系統(tǒng)是一個(gè)硬件或者軟件組件分布在不同的網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)上，彼此之間僅僅通過消息傳遞進(jìn)行通信和協(xié)調(diào)的系統(tǒng)。

二、分布式系統(tǒng)的特點(diǎn)

分布性分布式系統(tǒng)中的多臺(tái)計(jì)算機(jī)都會(huì)在空間上隨意分布，同時(shí)，機(jī)器的分布情況也會(huì)隨時(shí)變動(dòng)。 對(duì)等性分布式系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)沒有主從之分，組成分布式系統(tǒng)的所有計(jì)算機(jī)節(jié)點(diǎn)都是對(duì)等的。副本是分布式系統(tǒng)最常見的概念之一，指的是分布式系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)和服務(wù)提供的一種冗余方式。 并發(fā)性在一個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，程序運(yùn)行中的并發(fā)操作是常見的，可能會(huì)并發(fā)操作一些共享資源，如數(shù)據(jù)庫(kù)或者分布式存儲(chǔ)等，如何高效的協(xié)調(diào)分布式并發(fā)操作也是分布式系統(tǒng)架構(gòu)與設(shè)計(jì)中最大挑戰(zhàn)之一。 缺乏全局時(shí)鐘因?yàn)榉植际较到y(tǒng)是由一系列在空間上隨意分布的多個(gè)進(jìn)程組成的，具有明顯的分布性，這些進(jìn)程之間通過交換消息來(lái)通信。因?yàn)槿狈θ謺r(shí)鐘，因此很難界定兩個(gè)事件發(fā)生的先后順序。所以在設(shè)計(jì)階段考慮的異常情況，一定會(huì)在系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行中發(fā)生，并且，在系統(tǒng)運(yùn)行過程中還會(huì)遇到很多在設(shè)計(jì)時(shí)未能考慮到的異常故障，所以在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中不要放過任何異常情況。

三、分布式系統(tǒng)中常見的問題

通信異常分布式系統(tǒng)需要在各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行通信，因此每次網(wǎng)絡(luò)通信都會(huì)伴隨著網(wǎng)絡(luò)不可用的風(fēng)險(xiǎn)（光纖、路由、DNS等硬件設(shè)備的不可用）。 網(wǎng)絡(luò)分區(qū)由于網(wǎng)絡(luò)發(fā)生異常情況，導(dǎo)致分布式系統(tǒng)中部分節(jié)點(diǎn)之間的網(wǎng)絡(luò)延遲不斷增大，最終導(dǎo)致組成分布式系統(tǒng)中只有部分節(jié)點(diǎn)能夠進(jìn)行正常通信，這種情況為網(wǎng)絡(luò)分區(qū)，俗稱“腦裂”。當(dāng)出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)分區(qū)時(shí)，分布式系統(tǒng)就會(huì)出現(xiàn)局部小集群，在極端情況下，這些小集群會(huì)獨(dú)立完成原本需要整個(gè)分布式系統(tǒng)才能完成的功能，包括數(shù)據(jù)的事務(wù)處理，這就對(duì)分布式一致性提出非常大的挑戰(zhàn)。 三態(tài)因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)的問題，所以分布式系統(tǒng)每次請(qǐng)求與響應(yīng)存在特有的“三態(tài)”概念，即成功、失敗和超時(shí)。由于網(wǎng)絡(luò)部可靠性，雖然絕大部分情況下，網(wǎng)絡(luò)通信能夠接受到成功失敗響應(yīng)，但網(wǎng)絡(luò)異常下，就會(huì)出現(xiàn)超時(shí)現(xiàn)象，通常有以下兩種情況：

1. 由于網(wǎng)絡(luò)原因，請(qǐng)求并沒有被成功的發(fā)送到接收方，而是在發(fā)送過程就發(fā)生了丟失現(xiàn)象。

2. 該請(qǐng)求成功的被接收方處理后，但在響應(yīng)反饋給發(fā)送方過程中，發(fā)生丟失現(xiàn)場(chǎng)。

四、分布式事物

對(duì)于分布式事物想必大家都是耳熟能詳?shù)模吘顾械姆植际较到y(tǒng)都會(huì)遇到這個(gè)問題。一般一個(gè)分布式事物可以看作是由多個(gè)分布式的操作序列組成的，通常把這一系列分布式的操作成為子事物。因此，分布式事物也可以被定義為一種嵌套型的事物，同時(shí)也就具備了ACID的事物特性。但是由于分布式事物中，各個(gè)子系統(tǒng)事物的執(zhí)行是分布式的，因此要實(shí)現(xiàn)一種能夠保證ACID特性的分布式事務(wù)處理系統(tǒng)就格外的復(fù)雜了。所以就出現(xiàn)了諸如CAP和BASE這樣的分布式經(jīng)典理論。 ##CAP CAP理論告訴我們，一個(gè)分布式系統(tǒng)不可能同時(shí)滿足一致性（c:consistency）、可用性（A:Availability）和分區(qū)容錯(cuò)性（P:Partition tolerance）這三個(gè)基本需求，最多只能同時(shí)滿足其中的兩項(xiàng)。

一致性在分布式環(huán)境中，一致性是指在多個(gè)副本之間是否能夠保持一致的特性。對(duì)于數(shù)據(jù)副本分布在不同節(jié)點(diǎn)的系統(tǒng)來(lái)說，如果一個(gè)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)更新了，卻沒有使第二個(gè)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)相應(yīng)的更新，那如果此時(shí)讀到第二個(gè)節(jié)點(diǎn)的時(shí)候獲取的就是老數(shù)據(jù)，這就是典型的數(shù)據(jù)不一致。如果能做到一個(gè)數(shù)據(jù)更新，所有用戶任何節(jié)點(diǎn)讀到的都是新的數(shù)據(jù)，那么系統(tǒng)就被認(rèn)為具有強(qiáng)一致性。 可用性就是指服務(wù)必須一直處于可用狀態(tài)，對(duì)于用戶每個(gè)操作請(qǐng)求總是能夠在有限的時(shí)間內(nèi)返回結(jié)果。重點(diǎn)是“有限的時(shí)間內(nèi)” 和“返回結(jié)果”。在不同業(yè)務(wù)場(chǎng)景下下“有限時(shí)間”是不同的。而“返回結(jié)果”指的是明確的處理結(jié)果，即成功或失敗。 分區(qū)容錯(cuò)性在分布式系統(tǒng)遇到任何網(wǎng)絡(luò)分區(qū)故障的時(shí)候，仍然需要能夠保證對(duì)外提供滿足一致性和可用性的服務(wù)，除非整個(gè)掛掉了。

附贈(zèng)CAP關(guān)系圖：

CAP定理應(yīng)用

放棄C.A.P	解讀
放棄P	如果放棄P后想避免出現(xiàn)分區(qū)容錯(cuò)問題，簡(jiǎn)單做法是將所有的數(shù)據(jù)（或僅僅與事物有關(guān)系的數(shù)據(jù)）都放在一個(gè)分布式節(jié)點(diǎn)。但需要注意的是放棄P，就代表放棄了系統(tǒng)的擴(kuò)展性。
放棄A	放棄A一旦出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)分區(qū)或者其他故障，那么受影響的服務(wù)需要等待恢復(fù)，并在此期間不能對(duì)外提供服務(wù)
放棄C	這里說的放棄一致性，不是完全放棄，而是放棄數(shù)據(jù)強(qiáng)一致性，只保留數(shù)據(jù)最終一致性。具體多久能夠達(dá)到數(shù)據(jù)一致，取決于系統(tǒng)設(shè)計(jì)，主要包括數(shù)據(jù)副本在不同節(jié)點(diǎn)之間復(fù)制時(shí)間的長(zhǎng)短。

其實(shí)從設(shè)計(jì)角度來(lái)看，分布式系統(tǒng)不可能滿足強(qiáng)一致性、可用性、分區(qū)容錯(cuò)性這三個(gè)需求。對(duì)于分布式系統(tǒng)來(lái)說，分區(qū)容錯(cuò)是基本屬性，因此系統(tǒng)架構(gòu)師往往把精力放在如何根據(jù)業(yè)務(wù)特點(diǎn)在C （一致性）和 A（可用性）直接尋求平衡。

BASE理論

BASE 是由eBay架構(gòu)師提出的。BASE是對(duì)CAP中一致性和可用性權(quán)衡的結(jié)果，其來(lái)源于對(duì)大規(guī)模互聯(lián)網(wǎng)分布式系統(tǒng)實(shí)踐的總結(jié)，是基于CAP定律逐步演化而來(lái)，其核心思想是即使無(wú)法做到強(qiáng)一致性，但每個(gè)應(yīng)用都可以根據(jù)自身業(yè)務(wù)特點(diǎn)，才用適當(dāng)?shù)姆绞絹?lái)使系統(tǒng)打到最終一致性。下面看下BASE中的三要素。

基本可用是指分布式系統(tǒng)出現(xiàn)不可預(yù)知的故障時(shí)候，允許損失部分可用性，請(qǐng)注意，這絕不是等價(jià)于系統(tǒng)不可用。以下兩種典型例子：

1. 響應(yīng)時(shí)間上的損失：正常情況下一個(gè)搜索引擎需要0.5秒返回查詢結(jié)果，但由于故障（如系統(tǒng)機(jī)房斷網(wǎng)或者失火），查詢結(jié)果響應(yīng)時(shí)間增加到2秒。

2. 服務(wù)降級(jí)：在秒殺搶購(gòu)等模式中，限制用戶的請(qǐng)求比例，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

弱狀態(tài)也稱為軟狀態(tài)，和硬狀態(tài)比，是指允許系統(tǒng)中數(shù)據(jù)存在中間狀態(tài)，并認(rèn)為中間狀態(tài)不會(huì)影響系統(tǒng)的整體可用性，即允許系統(tǒng)在不同幾點(diǎn)的數(shù)據(jù)副本之間進(jìn)行數(shù)據(jù)同步的過程存在延時(shí)。

最終一致性系統(tǒng)中所有的數(shù)據(jù)副本，在經(jīng)過一段時(shí)間同步后，最終能夠達(dá)到一個(gè)一致的狀態(tài)。不需要實(shí)時(shí)保證數(shù)據(jù)強(qiáng)一致。

亞馬遜首席技術(shù)官，發(fā)表過一篇對(duì)最終一致性詳細(xì)介紹的文章。他認(rèn)為最終一致性是一種特殊的弱一致性：系統(tǒng)能夠保證在沒有其他新的更新操作情況下，數(shù)據(jù)最終一定能夠達(dá)到一致的狀態(tài)，因此所有客戶端對(duì)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)訪問都能夠獲取到最新值。同時(shí)，在沒有發(fā)生故障的前提下，數(shù)據(jù)達(dá)到一致狀態(tài)的時(shí)間延遲，取決于網(wǎng)絡(luò)延遲、系統(tǒng)負(fù)載和數(shù)據(jù)復(fù)制方案設(shè)計(jì)等因素。

在實(shí)踐中，最終一致性有五類變種：

因果一致性( causal consistency)因果一致性指的是，如果進(jìn)程A在更新完某個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)后通知了進(jìn)程B，那么進(jìn)程B之后對(duì)該數(shù)據(jù)項(xiàng)的訪問都應(yīng)該能夠獲取到進(jìn)程A更新后的最新值，并且如果進(jìn)程B要對(duì)該數(shù)據(jù)進(jìn)行更新操作的話，務(wù)必基于進(jìn)程A更新后的最新值，不能發(fā)生丟失更新情況。與此同時(shí)，與進(jìn)程A無(wú)關(guān)系的進(jìn)程C數(shù)據(jù)訪問無(wú)限制

讀已知所寫（read your write）指的是，進(jìn)程A更新數(shù)據(jù)后，它總是能夠訪問到更新過的最新值。也就是說，我自己讀到的數(shù)據(jù)一定不會(huì)比我上次寫入的數(shù)據(jù)舊。

會(huì)話一致性 （session consistency）就是系統(tǒng)能夠保證在同一個(gè)有效會(huì)話中實(shí)現(xiàn)“讀已知所寫”的一致性，也就是說，在更新操作后，在同一個(gè)會(huì)話中始終能獲取到最新值。

單調(diào)讀一致性（monotonic read consistency）指的是如果一個(gè)進(jìn)程從系統(tǒng)中讀取出一個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)的某個(gè)值后，那么系統(tǒng)對(duì)于該進(jìn)程后續(xù)的任何數(shù)據(jù)訪問都不應(yīng)該返回更舊的值。

單調(diào)寫一致性一個(gè)系統(tǒng)需要能夠保證來(lái)自同一個(gè)進(jìn)程的寫操作被順序執(zhí)行。

以上就是五類系統(tǒng)架構(gòu)中常用到的一致性變種，可以相互結(jié)合設(shè)計(jì)一個(gè)具有最終一致性的分布式系統(tǒng)?？傮w來(lái)說BASE理論面向的是大型高可用可擴(kuò)展的分布式系統(tǒng)，和傳統(tǒng)ACID特性相反，不同于ACID的強(qiáng)一致性模型，提出通過犧牲強(qiáng)一致性來(lái)獲得可用性，并允許數(shù)據(jù)段時(shí)間內(nèi)的不一致，但是最終達(dá)到一致狀態(tài)。同時(shí)，在實(shí)際分布式場(chǎng)景中，不同業(yè)務(wù)對(duì)數(shù)據(jù)的一致性要求不一樣，因此在設(shè)計(jì)中，ACID和BASE理論往往又會(huì)結(jié)合使用。

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