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文章标签 ‘CAP理论’

非关系型数据库NoSQL理论基础之CAP理论

2011年6月13日 sigma 没有评论 21,178 views

CAP理论是设计分布式web系统的一个很关键的定律,其主要内容是(非官方定义):

When designing distributed web services, there are three properties that are commonly desired: consistency, availability, and partition tolerance. It is impossible to achieve all three.

中译为:

在设计分布式Web服务中,通常需要考虑三个应用的属性:一致性、可用性以及分区宽容性。但是在实际的设计中,不可能这三方面同时做的很好。

CAP理论的C就是一致性(Consistency),这里不多解释,想了解的可以看看我之前写过的一致性的一些东西;A就是可用性(availability),可以理解为是否可获取数据,以及获取数据的速度;P就是分区容忍度(partion tolerance),指的是系统中的数据分布性的大小对系统的正确性,性能的影响(一定程度上就是可扩展性)。这个理论的主要意思就是这三个是不可以同时做到很好的,我们在实现一个分布式系统时(包括分布式数据库),是不可能同时完美的实现三个方面。其实这个理论可以用“鱼和熊掌不可兼得”一言以蔽之。

CAP理论最早是在2000年7月19号,由Berkeley的Eric Brewer教授在ACM PODC会议上的一个开题演讲中提出,PPT在。此后,MIT的Seth GilbertNancy Lynch理论上证明了Brewer猜想是正确的,CAP理论在学术上正式作为一个定理出现了。

NoSQL一定程度上就是基于这个理论提出来的,因为传统的SQL数据库(关系型数据库)都是都是具有ACID属性,对一致性要求很高,因此降低了A(availability)和P(partion tolerance),因此,为了提高系统性能和可扩展性,必须牺牲C(consistency),推翻关系型数据库中ACID这一套。

依据CAP理论,从应用的需求不同,我们对数据库(其实就是一种结构化数据存储,和Bolb恰好不同)时,可以从三方面考虑:

  • 考虑CA,这就是传统上的关系型数据库(RMDB).
  • 考虑CP,主要是一些Key-value数据库,典型代表为google的Big Table
  • 考虑AP,主要是一些面向文档的适用于分布式系统的数据库,如SimpleDB。

而对大型网站尤其是SNS网站,对于数据的短期存储,可用性与分区容忍性优先级要高于数据一致性,一般会尽量朝着 A、P 的方向设计,而对于数据的持久存储,可以通过传统的SQL来保证一致性(最终一致性)。

CAP理论出现后,很多大规模的网站,尤其是SNS网站的数据库设计都利用其思想,包括Amazon,Facebook和Twitter这几个新兴的IT巨头,因此,一定程度上来讲,他们都是CAP的信徒。另一方面,他们从实践上证明了CAP理论的正确性。

最后,附上一张图片,可以形象的解释CAP理论(来源)
CAP-NoSQL
更多内容,请看这篇介绍CAP理论的文章,本文有些内容译自这里。

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