倚天屠龍記中趙敏郡主攜帶一幫高手圍攻武當(dāng)，武當(dāng)派掌門張三豐被暗算，傳了一套武功給張無忌用來對付趙敏的手下。這套武功就是太極拳。
張三豐：無忌，我教你的還記得多少？
張無忌：我全忘了！
張三豐：很好，你只要記住把玄冥二老打趴下就可以了。
上篇用三國殺講分布式中的拜占庭將軍問題，還挺有意思的，這次我們用倚天屠龍記中的太極拳來聊下剩下的三大理論：
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CAP 理論 -
ACID 理論 -
BASE 理論
太極拳的精髓：以柔克剛，剛?cè)岵⑦M，四兩撥千斤，無招勝有招。
我把 CAP 理論稱作太極，ACID 理論稱為陽或剛，BASE 理論稱為陰或柔。ACID 理論追求一致性，BASE 理論本來就叫做柔性事務(wù)，追求的是可用性。那張無忌為什么會全忘了還打敗了玄冥二老呢？因為太極拳的精髓是拳意，無招勝有招。
1、太極的兩面
1、太極的兩面
CAP 理論是對分布式系統(tǒng)的特性做了一個高度的抽象，變成了三大指標：
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一致性（Consistency） -
可用性（Availability） -
分區(qū)容錯性（Partition Tolerance）
分布式中的一致性，我們可以理解為客戶端的每次讀操作，不管訪問的是哪個幾點，要么讀到的都是同一份最新寫入的數(shù)據(jù)，要么讀取失敗。這就很剛了，不能說這種剛不好，在很多場景中，也確實需要保證高度的一致性。
為了幫助大家理解一致性，我舉個倚天屠龍記的故事：六大派圍攻光明頂。峨眉派滅絕師太作為統(tǒng)領(lǐng)，帶領(lǐng)江湖六大派圍攻光明頂，最開始的進攻策略是從北邊進攻。滅絕師太發(fā)現(xiàn)從北邊進攻不妙，于是飛鴿傳書給武當(dāng)派和少林派從南邊進攻的命令，但是少林派的飛鴿被明教輕功絕頂?shù)那嘁眚鹜蹴f一笑截獲了，最后的結(jié)果是少林派從北邊進攻，???武當(dāng)派從南邊進攻，這不就亂套了嗎？如下圖所示：
圍攻光明頂
1.1 理解分布式中的 CAP
1.1 理解分布式中的 CAP
CAP 放到分布式系統(tǒng)中該如何理解呢？下面舉個例子幫助大家理解。
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初始環(huán)境：客戶端查詢或更新節(jié)點 1 和 節(jié)點 2，兩個節(jié)點存的值 A = 1。
初始環(huán)境
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客戶端更新節(jié)點 1 中 A 的值，設(shè)置 A = 5。
客戶端更新節(jié)點 1
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節(jié)點 1 將 A 的值更新為 5 后，返回更新成功給客戶端。
節(jié)點 1 返回更新成功
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客戶端訪問到了節(jié)點 2 ，請求獲取 A 的值，結(jié)果返回 A = 1。這和節(jié)點 1 中存儲的 A 的值就不一致了。
客戶端訪問到節(jié)點 2
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那么怎么保證兩個節(jié)點中的值都是 A = 5 呢？客戶端將節(jié)點 1 更新后，節(jié)點 2 也需要更新，才能告訴客戶端更新成功了。
節(jié)點 2 也需要更新
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兩個節(jié)點都更新成功后，客戶端訪問其中任意一個節(jié)點獲取到的都是 A = 5。這個就叫做一致性。
兩個節(jié)點都更新后
一致性強調(diào)的是數(shù)據(jù)正確，每次讀取節(jié)點中的數(shù)據(jù)都是最新寫入的數(shù)據(jù)。這個我稱作剛。
但是我們生產(chǎn)的集群環(huán)境下如果發(fā)生分區(qū)故障時（節(jié)點失聯(lián)，節(jié)點無法響應(yīng)，節(jié)點無法寫入數(shù)據(jù)），客戶端查詢節(jié)點時，我們不能返回錯誤信息給客戶端。比如說業(yè)務(wù)集群中的一些關(guān)鍵系統(tǒng)，如注冊中心，不能因為某個節(jié)點失聯(lián)了，就不響應(yīng)最新的數(shù)據(jù)。那么相關(guān)的業(yè)務(wù)也獲取不到正確的注冊信息而導(dǎo)致系統(tǒng)癱瘓。
可用性就派上用場了，犧牲數(shù)據(jù)準確性，每個節(jié)點使用本地數(shù)據(jù)來響應(yīng)客戶端的請求。另外當(dāng)節(jié)點不可用時，可以使用快速失敗策略，至少不能讓服務(wù)長時間不能響應(yīng)?？捎眯詮娬{(diào)的是服務(wù)可用，不保證數(shù)據(jù)正確。這個我稱作柔。
如下圖所示：節(jié)點 1 和節(jié)點 2 返回給客戶端的值分別是 A = 5 和 A = 1，也就是節(jié)點 1 和 節(jié)點 2 并沒有保證數(shù)據(jù)一致性，而是考慮了節(jié)點的可用性。
數(shù)據(jù)不一致
分區(qū)容錯性的含義就是節(jié)點間出現(xiàn)任意數(shù)量的消息丟失或高延遲的時候，系統(tǒng)仍然在繼續(xù)工作。分布式系統(tǒng)告訴客戶端，我的內(nèi)部不論出現(xiàn)什么樣的數(shù)據(jù)同步問題，我會一直運行。強調(diào)的是集群堆分區(qū)故障的容錯能力。
1.2 CAP 三角
那么這三個指標又有什么關(guān)系呢？這個就是我們經(jīng)常聽到的 CAP理論。C代表一致性（Consistency），A代表可用性（Availability）、P代表分區(qū)容錯性（Partition Tolerance）。
對于分布式系統(tǒng)，CAP 三個指標只能選擇其中兩個。
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CA：保證一致性和可用性。當(dāng)分布式系統(tǒng)正常運行時（大部分時候所處的狀態(tài)），這個時候不需要 P，那么 C 和 A 能夠同時保證。只有在發(fā)生分區(qū)故障時，才需要 P，這個時候就只能在 C 和 A 之間做出選擇。典型應(yīng)用：單機版部署的 MySQL。
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CP：保證數(shù)據(jù)的一致性和分區(qū)容錯性，比如配置信息，必須保證每個節(jié)點存的都是最新的，正確的數(shù)據(jù)。比如 Raft 的強一致性系統(tǒng)，會導(dǎo)致無法執(zhí)行讀操作和寫操作。典型應(yīng)用：Etcd、Consul、Hbase。
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AP：保證分布式系統(tǒng)的可用性和分區(qū)容錯性。用戶訪問系統(tǒng)，都能得到相應(yīng)數(shù)據(jù)，不會出現(xiàn)響應(yīng)錯誤，但是可能會讀到舊的數(shù)據(jù)。典型應(yīng)用：Cassandra 和 DynamoDB。
2、太極的剛
2.1 ACID 的剛
最開始知道 ACID 是研究 SQL 數(shù)據(jù)庫的時候，原子性（Atomicity）、一致性（Consistency）、隔離性（Isolation）、持久性（Durability）。
這四個屬性是針對事務(wù)而言的，而事務(wù)就是為單個工作單元而執(zhí)行的一系列操作。如查詢、修改數(shù)據(jù)、修改數(shù)據(jù)定義。
事務(wù)不僅僅只用在數(shù)據(jù)庫上，還可以用在業(yè)務(wù)系統(tǒng)中，比如發(fā)券后扣減庫存，這種業(yè)務(wù)場景可以定義為一個事務(wù)。單機場景我們可以通過加鎖、時間序列等機制來保證單個節(jié)點上的 ACID 特性，但無法保證節(jié)點間操作的 ACID 特性。
那么分布式系統(tǒng)下該如何解決事務(wù)問題呢？這也是面試中經(jīng)常遇到的題。分布式事務(wù)協(xié)議大家一定聽過，比如二階段提交協(xié)議和 TCC 協(xié)議，下面我還是用六大派圍攻光明頂故事來講解二階段協(xié)議。
2.2 圍攻光明頂
峨眉派想?yún)R集少林派、武當(dāng)派、昆侖派明天一起進攻光明頂。如果有一方不同意進攻，或者進攻時機不一致，則需要取消整個行動計劃。少林派、武當(dāng)派、昆侖派進攻光明頂這一組行動可以看成是一個分布式事務(wù)，要么全部執(zhí)行、要么全部不執(zhí)行。如下圖所示：
那如何幫助滅絕師太解決這個協(xié)同問題？我們可以用二階段提交協(xié)議來說明。
2.3 二階段提交協(xié)議
在二階段提交協(xié)議中，滅絕師太先給少林派發(fā)送進攻的消息，少林派作為協(xié)調(diào)者的身份，由少林派聯(lián)系武當(dāng)派和昆侖派是進攻還是撤退。
二階段就是說有兩個階段，1.提交請求階段（投票階段），2.提交執(zhí)行階段（完成階段）。
階段一：提交請求階段：
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第一步：少林派作為協(xié)調(diào)者分別給武當(dāng)派和昆侖派發(fā)送消息： “明天進攻光明頂，可行？”
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第二步：少林派、武當(dāng)派、昆侖派分別評估明天是否能進攻光明頂，如果能，就預(yù)留時間并鎖定，不再安排其他的進攻事項。
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第三步：少林派得到全部的回復(fù)結(jié)果，包括少林派自己的評估結(jié)果。最后三方的結(jié)果都是
可行。
如下圖所示：
階段一
階段二：提交執(zhí)行階段：
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第一步：少林派統(tǒng)計自己、昆侖派和武當(dāng)派的消息，都是
可以進攻，所以可以執(zhí)行分布式事務(wù)，進攻光明頂。
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第二步：少林派通知昆侖派和武當(dāng)派進攻光明頂。
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第三步：少林派、昆侖派、武當(dāng)派召集手下弟子，進攻光明頂（執(zhí)行事務(wù)）。
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第四步：昆侖派、武當(dāng)派將
是否已發(fā)起進攻告訴少林派。
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第五步：少林派匯總自己、昆侖派、武當(dāng)派的進攻結(jié)果給滅絕師太。這樣滅絕師太看到的就是統(tǒng)一的作戰(zhàn)計劃。
階段二
注意：
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可以將滅絕師太當(dāng)做客戶端。少林派、武當(dāng)派、昆侖派當(dāng)做分布式系統(tǒng)的三個節(jié)點。少林派作為協(xié)調(diào)者。
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將評估是否能進攻光明頂以及預(yù)留時間可以理解為需要操作的對象和對象狀態(tài)，是否已經(jīng)準備好了，能否提交新的操作。
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發(fā)送消息、飛鴿傳書可以理解為網(wǎng)絡(luò)消息。
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第一個階段中，每個參與者投票表決事務(wù)是放棄還是提交，一旦投票要求提交事務(wù)，那么就不允許放棄事務(wù)。
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第二個階段中，每個參與者執(zhí)行最終統(tǒng)一的決定，提交事務(wù)或者放棄事務(wù)。這個就是 ACID 的原子性。
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第一個階段中，需要預(yù)留資源，預(yù)留期間，其他人不能操作這個資源。
2.4 二階段協(xié)議帶來的問題
ACID 特性是 CAP 中一致性的邊界，可以稱作最強的一致性，如果分布式系統(tǒng)中實現(xiàn)了一致性，必然會影響到可用性。如果一個節(jié)點失敗，這個分布式事務(wù)的執(zhí)行都是失敗的。
絕大數(shù)場景中，對一致性要求沒那么高，并不需要保證強一致性，短暫的不一致也能接收，最后能保證數(shù)據(jù)是正確的就OK。也就是說我們可以用最終一致性方案來保證數(shù)據(jù)的一致性。
另外要提到的就是 TCC協(xié)議（三階段提交協(xié)議），他是針對二階段提交中的：協(xié)調(diào)者故障，參與者長期鎖定資源的痛點而出的協(xié)議。引入了詢問階段和超時機制，減少資源被長時間鎖定。但是需要更多的消息進行協(xié)商，增加了系統(tǒng)負載和響應(yīng)延遲，所以三階段提交協(xié)議很少被使用。
3、太極的柔
3.1 BASE 的柔
講了太極的剛，下面來講太極的柔。談到分布式事務(wù)的柔，一定會提到 BASE理論，俗稱柔性事務(wù)。BASE 理論是 CAP 理論中 AP 的擴展。大部分互聯(lián)網(wǎng)分布式系統(tǒng)都強調(diào)可用性，都會考慮引入 BASE 支持。這個理論非常非常重要，我要告訴你的是，掌握了這個理論，設(shè)計出符合自己業(yè)務(wù)的分布式架構(gòu)也會變得容易很多，而不是摸不著頭腦。
BASE 的核心：基本可用 BA（Basically Available）、軟狀態(tài) S（Soft state）、最終一致性 E（Eventually consistent）。
那為什么叫它柔性事務(wù)？其實它和 ACID 是相對的，不需要保證強一致性，比如一根橡皮筋被拉彎了，你放開橡皮筋后，它就會自行恢復(fù)，這個就是橡皮筋柔性的一面。
3.2 BASE 和太極拳有什么關(guān)系
太極拳每一招都不是直直的打出去的，每一招都講求圓滑、畫弧線，看起來軟綿綿的，其實是柔中帶剛。每一招的最后一下都是非常剛硬的抖動一下（這效果我用文字實在描述不出來，大家去看電視吧）。這最后一下就可以看成是剛的一面，也就是最終一致性。
3.3 基本可用
怎么理解基本可用？重點是在這個基本，這個理論并沒有告訴我們怎么定義基本，這是一個模糊的概念。其實就是要柔到什么程度。
在分布式系統(tǒng)中，我們可以把基本可用理解為保證核心功能可用，允許損失部分功能的可用性。基本可用可以用四種方案來實現(xiàn)。
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流量削峰：比如多個秒殺場次，某東的 8 點秒殺場，12 點的秒殺場。
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延遲響應(yīng)：比如雙 11 期間某商城創(chuàng)建的訂單，會提示客戶訂單正在創(chuàng)建中，可能需要等個十幾秒。
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體驗降級：比如某次比賽活動，有大量用戶進活動頁查看圖片，這個時候，大量圖片因為網(wǎng)絡(luò)超時而無法顯示，這個時候就可以考慮替換原有圖片，返回清晰度沒有那么高或圖片比較小的圖片。
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過載保護：比如我們常用的消息隊列占滿了，可以考慮丟棄后來的請求，或清除隊列中的一些請求，保護系統(tǒng)不過載，但這都需要結(jié)合自身的業(yè)務(wù)場景來設(shè)計。
3.4 最終一致性
最終一致性：系統(tǒng)中的所有的數(shù)據(jù)副本在經(jīng)過一段時間的同步后，最終能夠達到一個一致的狀態(tài)。最終可以理解為一個短暫的延遲。
最終一致性在非常多的互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)中采用。但是跟錢打交道或金融系統(tǒng)會采用強一致性或事務(wù)。
前面提到了 ACID 的強一致性，而最終一致性和它是什么關(guān)系？
強一致性其實也是最終一致性的一種。那最終一致性怎么理解？強一致性可以看作不存在延遲的一致性。如果無法容忍延遲就用強一致性，否則就用最終一致性。
3.5 最終一致性和太極拳有什么關(guān)系
太極拳最神奇的一個地方就是卸力，當(dāng)對方使出全力攻擊你的時候，用太極的招式將對方使出的力量卸下來，使對方的攻擊無效。卸力可以和我們之前講到的流量削峰對應(yīng)。另外卸完力之后，就是我們發(fā)動攻擊的時候。
4、無招勝有招
回到文章的開頭，張三豐教給張無忌的太極拳，張無忌全忘了，還怎么能打敗玄冥二老的呢？
因為太極拳重視的是拳意，而不是招式。所以張無忌領(lǐng)會了拳意，無招勝有招。
我們設(shè)計分布式系統(tǒng)的時候，也不要死記硬背三大理論，要真正懂得原理，然后才能一點一點迭代出最適合當(dāng)前業(yè)務(wù)系統(tǒng)的分布式架構(gòu)。
5、總結(jié)
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太極拳分為陰和陽兩方面，就如 CAP 中的 C 和 A。
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CAP 理論是分布式中基礎(chǔ)理論，有三個重要指標：一致性、可用性、分區(qū)容錯性。
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ACID 是傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的設(shè)計理念，追求強一致性。四個指標：原子性、一致性、隔離性、持久性。是 CAP 中 CP 的延伸。
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BASE 理論是 CAP 中一致性和可用性權(quán)衡的結(jié)果。是 CAP 中的 AP 的延伸。注重可用性和性能優(yōu)先，根據(jù)業(yè)務(wù)的場景特點，實現(xiàn)彈性的基本可用，然后實現(xiàn)數(shù)據(jù)的最終一致性。
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BASE 理論在很大程度上，解決了事務(wù)性系統(tǒng)在性能、容錯、可用性等方面的通病。
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BASE 理論在 NoSQL 中應(yīng)用廣泛，是 NoSQL 系統(tǒng)設(shè)計的事實上的理論支撐。
文中也通過六大派圍攻光明頂?shù)陌咐o大家講解了二階段提交的核心原理，相信大家一定能看懂。
本篇文章構(gòu)思 2 周，終于出爐了，悟空不要臉地求個再看和轉(zhuǎn)發(fā)~
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