分布式系统的CAP理论详解

介绍

CP 系统是指在 CAP 理论中偏向于一致性(Consistency)和分区容错性(Partition tolerance),牺牲了可用性(Availability)。在这样的系统中,一致性是非常重要的,即使在发生网络分区的情况下,系统也会保持一致性。下面就来介绍CAP理论的概念,结合具体的使用场景和Java代码示例进行详细说明。

CAP概念

在分布式系统中,CAP 理论提出了三个关键属性:

  • 一致性(Consistency):所有节点在同一时间看到的数据是一致的。在强调一致性的系统中,数据的更新和读取保证始终是最新、最准确的,但可能导致可用性下降。

  • 可用性(Availability):系统能够对用户请求做出响应,即系统始终保持可用状态。强调可用性的系统会尽力满足用户的请求,但在某些情况下可能牺牲一致性。

  • 分区容错性(Partition Tolerance):系统在遇到网络分区或通信失败时仍然能够保持部分功能。分布式系统需要能够在面对网络分区的情况下继续工作,即使某些节点之间无法通信也不会导致整个系统崩溃。

CAP 理论认为,分布式系统不可能同时满足这三个属性,而只能在一致性(C)、可用性(A)和分区容错性(P)中选择其中两个。

使用场景示例

场景 1:CP系统

考虑一个在线支付系统,要求在任何情况下支付都必须保证资金的一致性。以下是一个简单的Java代码示例,演示了在强调一致性的情况下,使用分布式锁实现数据一致性。

import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;public class PaymentService {// 模拟分布式锁private static final Lock lock = new ReentrantLock();// 模拟账户余额private static double accountBalance = 1000.0; // 假设初始账户余额为 1000.0public void processPayment(String userId, double amount) {try {lock.lock(); // 获取分布式锁// 模拟支付操作if (accountBalance >= amount) {// 如果账户余额充足,执行支付操作并更新余额accountBalance -= amount;System.out.println("用户 " + userId + " 支付了 " + amount + " 元,账户余额为 " + accountBalance + " 元");// 在实际中,这里可能会有更复杂的支付逻辑和数据库交互} else {System.out.println("用户 " + userId + " 支付失败,账户余额不足");}} finally {lock.unlock(); // 释放分布式锁}}public static void main(String[] args) {PaymentService paymentService = new PaymentService();// 模拟多个用户同时支付for (int i = 0; i < 5; i++) {final int userId = i;new Thread(() -> {paymentService.processPayment("User" + userId, 200); // 每个用户支付 200 元}).start();}}
}

PaymentService 类模拟了一个简单的支付服务。processPayment 方法模拟了支付操作,使用 ReentrantLock 来模拟分布式锁。通过加锁保证了支付的原子性,即同一时间只有一个线程可以进行支付操作,确保了账户余额的一致性。

适合采用 CP 系统的使用场景描述:

  • 金融交易系统

    • 在金融领域,交易的一致性和准确性至关重要。即使在网络分区的情况下,系统也必须保证所有节点上的账户余额和交易记录保持一致。
  • 医疗健康系统

    • 医疗信息系统中的患者记录和医疗数据需要始终保持一致,尤其在分布式环境下。系统需要确保即使在分区情况下,患者的医疗数据也能保持正确、一致。
  • 政府或公共服务系统

    • 在政府或公共服务领域,例如投票系统或人口普查系统,数据的准确性和一致性是至关重要的。系统必须确保即使在分布式网络中的分区情况下,数据也保持一致。
  • 关键业务数据的管理系统

    • 对于一些关键业务数据(如企业核心数据、安全数据等),需要采用 CP 系统确保数据的一致性和正确性。
  • 实时数据分析系统

    • 在需要准确、一致性的实时数据分析和报告系统中,CP 系统可以确保数据的正确性,即使在系统出现分区时也能保持一致。

场景 2:AP系统

考虑一个社交媒体平台,用户的帖子可能在不同服务器上存在轻微延迟的一致性。以下是一个示例,演示了在强调可用性的情况下,实现数据的最终一致性。

import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;
import java.util.concurrent.BlockingQueue;public class PostService {private static final BlockingQueue<PostEvent> eventQueue = new ArrayBlockingQueue<>(1000);public void createPost(String userId, String content) {// 创建帖子逻辑,将创建帖子的事件放入队列PostEvent postEvent = new PostEvent(userId, content);eventQueue.offer(postEvent);}// 异步处理创建帖子的事件public void handlePostEvents() {while (true) {try {PostEvent postEvent = eventQueue.take(); // 从队列中获取事件processPostEvent(postEvent);} catch (InterruptedException e) {Thread.currentThread().interrupt();}}}// 处理帖子事件并更新数据private void processPostEvent(PostEvent postEvent) {// 处理帖子事件并更新数据的逻辑// 这里模拟更新数据库或其他存储,确保数据最终一致性System.out.println("处理帖子事件: 用户ID=" + postEvent.getUserId() + ", 内容=" + postEvent.getContent());}public static void main(String[] args) {PostService postService = new PostService();// 启动处理帖子事件的线程new Thread(postService::handlePostEvents).start();// 模拟用户发布帖子for (int i = 0; i < 5; i++) {final int userId = i;new Thread(() -> {postService.createPost("User" + userId, "这是用户" + userId + "的帖子内容");}).start();}}// 事件类,表示发布帖子的事件static class PostEvent {private final String userId;private final String content;public PostEvent(String userId, String content) {this.userId = userId;this.content = content;}public String getUserId() {return userId;}public String getContent() {return content;}}
}

 PostService 类模拟了一个简单的社交媒体平台的帖子服务。用户发布帖子时,创建一个帖子事件,并将该事件放入事件队列中。handlePostEvents 方法作为一个独立的线程,异步地处理事件队列中的帖子事件,并在实际中处理事件并更新数据。这种方式模拟了对帖子发布操作的异步处理,以实现最终一致性。

最终一致性是一种用于处理分布式系统中数据一致性的策略。这种策略主要关注于保证系统的最终状态是一致的,不要求立即或同步地达到一致状态。下面是最终一致性的场景描述:

  • 社交媒体平台

    • 在社交媒体应用中,用户发布帖子、评论或点赞时,可以采用最终一致性策略。即使在不同的服务器上,用户的操作可能有轻微的延迟,系统最终仍然可以保证数据的一致性。这种情况下,系统会异步处理用户操作并最终使所有服务器上的数据保持一致。
  • 电子商务系统

    • 在电子商务平台中,当用户下单购买商品时,订单和库存的更新可以采用最终一致性策略。即使在不同节点上,对订单和库存的更新可能存在短暂的不一致,系统会通过异步处理确保最终达到一致的状态。
  • 物联网应用

    • 在物联网场景中,设备产生的数据可能会分散在不同的地方进行处理和存储。系统可以采用最终一致性来确保设备生成的数据在后续的处理中最终达到一致状态。
  • 日志同步与备份

    • 在日志同步和备份系统中,数据的同步和备份过程中可能存在网络延迟或中断。系统可以使用最终一致性来确保在一段时间后,所有备份数据最终达到一致状态。

 中间件对比

平时常见的中间件都有CAP的身影,下面通过表格看一下这些中间件在CP 和 AP 方面的一些特点。

CP 特点AP 特点
Apache Kafka- 数据可靠性,支持副本机制- 高可用性,支持水平扩展
Apache ZooKeeper- 一致性,可靠的协调服务- 高可用性,支持分布式协调
Redis- 支持主从复制,数据一致性- 高性能,支持快速访问和缓存
Cassandra- 支持多数据中心复制,一致性- 高可用性,支持横向扩展
MongoDB- 支持副本集,数据一致性- 高可用性,支持分片和自动故障恢复

总结

在实际应用中,可以根据业务需求、系统规模和可靠性需求,权衡选择满足当前需求的一致性和可用性水平。一些系统架构设计也可以通过引入中间件、数据复制、异步处理等方式来在一定程度上缓解 CAP 理论所带来的限制。选择合适的系统架构和技术方案,是实现分布式系统设计中必须谨慎考虑的重要环节。

本文来自互联网用户投稿,该文观点仅代表作者本人,不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如若转载,请注明出处:http://www.mzph.cn/news/597763.shtml

如若内容造成侵权/违法违规/事实不符,请联系多彩编程网进行投诉反馈email:809451989@qq.com,一经查实,立即删除!

相关文章

数据结构学习笔记——查找算法中的树形查找(B树、B+树)

目录 前言一、B树&#xff08;一&#xff09;B树的概念&#xff08;二&#xff09;B树的性质&#xff08;三&#xff09;B树的高度&#xff08;四&#xff09;B树的查找&#xff08;五&#xff09;B树的插入&#xff08;六&#xff09;B树的删除 二、B树&#xff08;一&#xf…

每日一练:LeeCode-316. 去除重复字母【字符串操作+单调栈+布尔型变量】

本文是力扣LeeCode-316. 去除重复字母 学习与理解过程&#xff0c;本文仅做学习之用&#xff0c;对本题感兴趣的小伙伴可以出门左拐LeeCode。 给你一个字符串 s &#xff0c;请你去除字符串中重复的字母&#xff0c;使得每个字母只出现一次。需保证 返回结果的字典序最小&#…

【linux】线程同步+基于BlockingQueue的生产者消费者模型

线程同步基于BlockingQueue的生产者消费者模型 1.线程同步2.生产者消费者模型3.基于BlockingQueue的生产者消费者模型 喜欢的点赞&#xff0c;收藏&#xff0c;关注一下把&#xff01; 1.线程同步 在线程互斥写了一份抢票的代码&#xff0c;我们发现虽然加锁解决了抢到负数票的…

C++ 中的耗时计算函数

#include <time.h>int clock_gettime (clockid_t clock_id, struct timespec *tp) 获取当前 clock_id 的时钟值并存储在 tp 中。 其中 tp 是一个 timespec 结构体&#xff0c;在 time.h 头文件中定义&#xff1a; #include <time.h>:struct timespec {time_t t…

Java重修第二天—学习”方法“

通过学习本篇文章可以掌握如下知识 1、方法的定义 2、方法在计算机中的执行流程。 3、方法使用时常见问题 4、Java中方法的参数传递机制 5、方法重载 1 方法是什么 方法是一种语法结构&#xff0c;它可以把一段代码实现的某种功能封装起来&#xff0c;以便重复利用。 方…

第二百四十五

我们在上一章回中介绍了"修改页面导航中遇到的问题"沉浸式状态样相关的内容&#xff0c;本章回中将介绍如何修改Avatar的大小.闲话休提&#xff0c;让我们一起Talk Flutter吧。 1. 概念介绍 我们在正常使用CirCleAvatar组件时可以通过该组件的radius属性来修改它的…

Java调用百度云语音识别【音频转写】

百度云文档 ttps://ai.baidu.com/ai-doc/SPEECH/Bk5difx01 示例代码: import com.alibaba.fastjson.JSON; import com.alibaba.fastjson.JSONArray; import lombok.extern.slf4j.Slf4j; import okhttp3.*; import org.json.JSONObject; import org.springframework.stereotyp…

目标检测-One Stage-YOLO v3

文章目录 前言一、YOLO v3的网络结构和流程二、YOLO v3的创新点总结 前言 根据前文目标检测-One Stage-YOLOv2可以看出YOLOv2的速度和精度都有相当程度的提升&#xff0c;但是精度仍较低&#xff0c;YOLO v3基于一些先进的结构和思想对YOLO v2做了一些改进。 提示&#xff1a;…

多端多平台高性能推理引擎

多端多平台高性能推理引擎是AI模型产业应用的关键环节&#xff0c;被视为AI落地的最后一公里。具体来说&#xff0c;这种推理引擎需要部署在多种场景和平台上&#xff0c;包括服务器端、边缘端、移动端和网页前端等&#xff0c;同时还需要满足不同的性能要求。 由于部署环境和…

突破技术边界:R与jsonlite库探秘www.snapchat.com的数据之旅

概述 Snapchat是一款流行的社交媒体应用&#xff0c;它允许用户发送和接收带有滤镜和贴纸的照片和视频&#xff0c;以及创建和观看故事和发现内容。Snapchat的数据是非常有价值的&#xff0c;因为它可以反映用户的行为、偏好和趋势。然而&#xff0c;Snapchat的数据并不容易获…

【LMM 009】MiniGPT-4:使用 Vicuna 增强视觉语言理解能力的多模态大模型

论文描述&#xff1a;MiniGPT-4: Enhancing Vision-Language Understanding with Advanced Large Language Models 论文作者&#xff1a;Deyao Zhu∗ Jun Chen∗ Xiaoqian Shen Xiang Li Mohamed Elhoseiny 作者单位&#xff1a;King Abdullah University of Science and Techn…

JavaScript DOM—节点操作

Hi i,m JinXiang ⭐ 前言 ⭐ 本篇文章主要介绍在在JavaScript DOM 节点操作以及部分理论知识 &#x1f349;欢迎点赞 &#x1f44d; 收藏 ⭐留言评论 &#x1f4dd;私信必回哟&#x1f601; &#x1f349;博主收将持续更新学习记录获&#xff0c;友友们有任何问题可以在评论区…

oracle json包 解析JSON

Oracle数据库中的JSON功能包可以用来解析和处理JSON数据。该功能包提供了一组用于解析和操作JSON数据的函数和过程。 要使用JSON功能包解析JSON数据&#xff0c;首先需要将JSON数据保存为一个Oracle数据库中的JSON类型的列或变量。然后&#xff0c;可以使用JSON功能包中的函数…

亚信安慧AntDB数据库:企业核心业务系统数据库升级改造的可靠之选

在近期召开的“2023年国有企业应用场景发布会”上&#xff0c;亚信安慧公司的核心数据库产品AntDB闪耀登场&#xff0c;技术总监北陌先生针对企业核心业务系统数据库升级改造的关键议题发表了深度分享。他从研发、工程实施和运维管理三个维度细致剖析了当前企业在进行数据库升级…

Python - 深夜数据结构与算法之 DP - 进阶

目录 一.引言 二.经典算法实战 1.House-Robber [198] 2.House-Robber-2 [213] 3.Best-Sell-Time [121] 4.Best-Sell-Time-2 [122] 5.Best-Sell-Time-3 [123] 6.Best-Sell-Time-4 [188] 7.Best-Sell-Time-Coldown [309] 8. Best-Sell-Time-Fee [714] 三.总结 一.引言…

操作系统原理

操作系统原理 大家好&#xff0c;我是免费搭建查券返利机器人赚佣金就用微赚淘客系统3.0的小编&#xff0c;也是冬天不穿秋裤&#xff0c;天冷也要风度的程序猿&#xff01;今天&#xff0c;让我们一同探索计算机科学领域中的基石之一——操作系统原理。 1. 什么是操作系统原…

【React系列】父子组件通信—props属性传值

本文来自#React系列教程&#xff1a;https://mp.weixin.qq.com/mp/appmsgalbum?__bizMzg5MDAzNzkwNA&actiongetalbum&album_id1566025152667107329) 一. 认识组件的嵌套 组件之间存在嵌套关系&#xff1a; 在之前的案例中&#xff0c;我们只是创建了一个组件App&…

爬虫案例 --唯品会口红数据爬取(附源码)

""" 项目名称: 唯品会商品数据爬取 项目描述: 通过requests框架获取网页数据 项目环境: pycharm && python3.8 作者所属: 几许一 . 抓包1. 对唯品会官网进行分析 -- 通过筛选直接搜索商品信息获得商品数据包https://mapi.vip.com/vips-mobile/rest/shop…

基于粒子群算法的参数拟合,寻优算法优化测试函数

目录 摘要 测试函数shubert 粒子群算法的原理 粒子群算法的主要参数 粒子群算法原理 粒子群算法参数拟合 代码 结果分析 展望 基于粒子群算法的参数拟合(代码完整,数据齐全)资源-CSDN文库 https://download.csdn.net/download/abc991835105/88698417 摘要 寻优算法,测试…

后端开发——JDBC的学习(三)

本篇继续对JDBC进行总结&#xff1a; ①通过Service层与Dao层实现转账的练习&#xff1b; ②重点&#xff1a;由于每次使用连接就手动创建连接&#xff0c;用完后就销毁&#xff0c;这样会导致资源浪费&#xff0c;因此引入连接池&#xff0c;练习连接池的使用&#xff1b; …