- 注：文章来源：极客时间的专栏《从0开始学架构》
CAP定理又称作布鲁尔定理。
CAP理论
- 第一版解释：
对于一个分布式计算系统，不可能同时满足一致性（Consistence）、可用性（Availability）、分区容错性（Partition Tolerance）三个设计约束。
- 第二版解释：
在一个分布式系统（指互相连接并共享数据的节点的集合）中，当涉及读写操作时，只能保证一致性、可用性、分区容错性三者中的两个，另外一个必须被牺牲。
差异点
- 第二版定义了什么才是CAP理论探讨的分布式系统，强调了两点：interconnected（互联）和share data。因为分布式系统并不一定会互联和共享数据。最简单的例如Memcache的集群，相互之间就没有连接和共享数据，因此Memcache集群这类分布式系统就不符合CAP理论探讨的对象；而MySQL集群就是互联和进行数据复制的，因此是CAP理论探讨的对象。
- 第二版强调了write/read pair。CAP关注的是对数据的读写操作，而不是分布式系统的所有功能。例如，Zookeeper的选举机制就不是CAP探讨的对象。
1. 一致性
- 第一版解释：
所有节点在同一时刻都能看到相同的数据。
- 第二版解释：
对某个指定的客户端来说，读操作保证能够返回最新的写操作结果。
差异点：
- 第一版从节点node的角度描述，第二版从客户端client的角度描述。
第二版更符合我们观察和评估系统的方式，即站在客户端的角度来观察系统的行为和特征。
对于系统执行事务来说，在事务执行过程中，系统其实处于一个不一致的状态，不同的节点的数据并不完全一致
2. 可用性
- 第一版解释：
每个请求都能得到成功或者失败的响应。
- 第二版解释：
非故障的节点在合理的时间内返回合理的响应（不是错误和超时的响应）。
差异点：
- 第一版是every request，第二版强调了A non-failing node。
第一版的every request是不严谨的，因为只有非故障节点才能满足可用性要求，如果节点本身就故障了，发给节点的请求不一定能得到一个响应。
- 第一版的response分为success和failure，第二版用了两个reasonable：reasonable response和reasonable time，而且强调了no error or timeout。
第一版的success/failure的定义太泛了，几乎任何情况，无论是否符合CAP理论，我们都可以说请求成功和失败，因为超时也算失败、错误也算失败、异常也算失败、结果不正确也算失败；即使是成功的响应，也不一定是正确的。例如，本来应该返回100，但实际上返回了90，这就是成功的响应，但并没有得到正确的结果。相比之下，第二版的解释明确了不能超时、不能出错，结果是合理的，注意没有说“正确”的结果。
3. 分区容错性
- 第一版解释：
出现消息丢失或者分区错误时系统能够继续运行。
- 第二版解释：
当出现网络分区后，系统能够继续“履行职责”。
差异点：
- 第一版用的是work，第二版用的是function。
work强调“运行”，只要系统不宕机，我们都可以说系统在work，返回错误也是work，拒绝服务也算work；而function强调“发挥作用”“履行职责”，这点和可用性是一脉相承的。也就是说，只有返回reasonable response才是function。
- 第一版描述分区用的是message loss or partial failure，第二版直接用network partitions。
第一版是直接说原因，即message loss造成了分区，但message loss的定义有点狭隘，因为通常我们说的是message loss（丢包），只是网络故障的一种；第二版直接说现象，即发生分区现象 ，不管什么原因，可能是丢包，也可能是连接中断，还可能是拥塞，只要导致了网络分区，就通通算在里面。
CAP应用
虽然CAP理论定义是三个要素中只能取两个，但放到分布式环境下来思考，我们会发现必须选择P（分区容错）要素，因为网络本身无法做到100%可靠，有可能出故障，所以分区是一个必然的现象。如果我们选了CA而放弃P，那么当发生分区现象时，为了保证C，系统需要禁止写入，当有写入请求时，系统返回error（例如，当前系统不允许写入），这又和A冲突了，因为A要求返回no error和 no timeout。因此，分布式系统理论上不可能选择CA架构，只能选择CP或者AP架构。
1. CP
如下图所示，为了保证一致性，当发生分区现象后，N1节点上的数据已经更新到y，但由于N1和N2之间的复制通道中断，数据y无法同步到N2，N2节点上的数据还是x。这时客户端C访问N2时，N2需要返回error，提示客户端C“系统现在发生了错误”，这种处理方式违背了可用性的要求，因此CAP三者只能满足CP。
2. AP
如下图所示，为了保证可用性，当发生分区现象后，N1节点上的数据已经更新到y，但由于N1和N2之间的复制通道中断，数据y无法同步到N2，N2节点上的数据还是x。这时客户端C访问N2时，N2将当前自己拥有的数据x返回给客户端C了，而实际上当前最新的数据已经是y了，这就不满足一致性的要求了，因此CAP三者只能满足AP。注意：这里N2节点返回x，虽然不是一个“正确”的结果，但是一个“合理”的结果，因为x是旧的数据，并不是一个错乱的值。
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