非关系型数据库NoSQL理论基础之CAP理论

编程技术  /  houtizong 发布于 3年前   83

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。此后，MIT的Seth Gilbert和Nancy 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)

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。