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技术背景

集中式与分布式

集中式系统

由一台主机或多台计算机组成中心节点，数据集中存储在这个中心节点上，并且整个系统的所有业务单元都集中部署在这个中心节点上，系统的所有功能均由其集中处理。

特点

部署简单，结构简单

分布式系统

一个硬件或软件组件分布在不同的网络计算机上，彼此之间仅仅通过消息传递进行通信和协调的系统。

特点

• 分布性 分布式系统中的多台计算机都会在空间上随意分布，机器的分布情况也会随时改变
• 对等性 分布式系统中的计算机没有主/从之分，所有节点都是平等的
  • 副本 分布式系统对数据和服务提供的一种冗余方式，数据副本是解决分布式系统数据丢失问题的最有效手段；服务副本是指多个节点提供相同的服务，每个节点都能独立接收外部请求并进行处理
• 并发性
• 缺乏全局时钟 在分布式系统中很难定义两个事件发生的先后，因为分布式系统缺乏一个全局的时钟序列，计算机节点之间存在时间差
• 故障总会发生 组成分布式系统的所有计算机，都有可能发生任何形式的故障

  问题与挑战

• 通信异常 分布式系统中的各个节点依赖网络进行传输，因此每次网络通信都伴随着网络不可用的风险，其次，即使可以正常通信，系统操作之间的时延也会非常大，消息丢失变得非常普遍
• 网络分区 由于网络的原因，导致分布式系统的节点里面只有部分节点之间能够正常通信，这个现象称为“网络分区”（或“脑裂”），这对分布式一致性提出了非常大的挑战
• 超时 当发生以下两种超时现象的时候，网络通信的发起方是无法确定请求是否被处理成功
  • 由于网络原因，请求没有被成功发送到接收方，而是在发送给接收方的过程中消息丢失了
  • 由于网络原因，消息被接收方成功接收后，并进行了处理，但响应‘反馈的消息在发送给发送方的过程中丢失了
• 节点故障 分布式系统中节点出现宕机或“僵死”的现象

  事务与一致性

  事务(Transaction)

  事务 由一系列对系统中数据进行访问与更新的操作组成的一个程序执行逻辑单元

分布式事务 指事务的参与者、支持事务的机器、资源以及事务管理等都分别在分布式系统的不同节点上

ACID

• 原子性(Atomicity) 事务必须是一个原子的操作序列，任何一项操作失败都导致整个事务失败，其他已经执行了的操作将会被撤销并回滚到未执行事务之前的状态
• 一致性(Consistency) 事务不能破坏数据的完整性和一致性
• 隔离性(Isolation) 事务的执行不能被其他事务干扰，隔离级别分为以下四种。大多数情况下，“授权读取”可以在避免脏读的情况下保证较好的性能，对于可能出现的虚读、不可重复读等并发问题，主动采用悲观锁或乐观锁进行控制
  • 未授权读取 该级别允许脏读，隔离级别最低
  • 授权读取 只允许读取已经被提交的数据
  • 可重复读取 在事务处理过程中，多次读取同一个数据都只能得到事务开始时刻的值
  • 串行化 最严格的事务隔离级别，要求所有事务串行执行，不能并发执行
• 持久性(Durability) 一个事务一旦提交，它对数据的变更就应该被永久保留下来

  CAP

  CAP定理 一个分布式系统不可能同时满足一致性(Consistency)、可用性(Avaliability)和分区容错性(Partition tolerance)，最多只能同时满足两个