这是我参与「第五届青训营」伴学笔记创作活动的第7天。青训营的第八次课程中讲解了有关分布式理论的相关知识。下面是我针对本次课程内容的一些总结笔记。
分布式相关理论
CAP理论
CAP理论是指存储领域内一致性（Consistence）、可用性（Availability）、分区容错性（Network partitioning）要求的总称。
- 一致性：数据在多个副本间能保持严格的一致性；
- 可用性：系统提供的服务一直处于可用的状态；
- 分区容错性：当系统遇到网络分区故障时（脑裂），仍能对外提供一致性和可用性的服务。
值得注意的是，任何一个系统仅能实现严格的CAP三者中的两者，其中：
- CA：放弃分区容错性，是传统单机数据库的选择；
- AP：放弃一致性，用于一些注重体验，而不特别关注数据安全的系统，如youtube等视频网站系统；
- CP：放弃可用性，用于一些需要数据安全的系统，如银行系统。
ACID理论
ACID是传统数据库中事务的四个特性，即原子性、一致性、隔离性和持久性：
- 原子性：事务所包含的操作要么都成功，要么都失败；
- 一致性：事务必须从一个一致性的状态到另一个一致性的状态，如银行系统的用户金额总数不变。值得注意的是，这里的一致性和分布式系统中的一致性是不同的；
- 隔离性：多个用户同时访问数据库时，不同用户的事务不互相干扰；
- 持久性：当事务被提交时，即使数据库系统遇到故障也不会丢失事务的操作；
BASE理论
Base理论是指对CAP中一致性和可用性权衡的结果，其核心思想是：
- 基本可用：即当系统出现故障时，不需要持续保证系统的可用性，可以牺牲一定程度上的响应时间或功能；
- 软状态：允许系统中的数据存在中间状态，即允许系统多个节点的数据副本存在数据延时；
- 最终一致性：客户端对系统的访问不一定是线性的，但最终都能获取到最新的值；
分布式事务
两阶段提交
两阶段提交是保证分布式系统中，事务跨不同节点进行提交时保持一致性的一种方法，其基本假设为：
- 引入协调者和参与者，互相进行网络通信
- 节点采用预写式日志，保证节点的操作不丢失；
- 所有的节点不会永久损坏，损坏后仍可以恢复。
其将事务的完成分为了两个阶段：准备阶段和提交阶段。
- 准备阶段：协调者向参与者发送其需要完成的任务，当参与者完成后，向协调者发送DONE响应；
- 提交阶段：当协调者无法收到所有参与者的DONE响应时，协调者向所有参与者发送回滚请求；当协调者收到所有参与者的DONE响应时，向所有参与者发送COMMIT信号。当参与者提交成功时，向协调者发送响应，同样的，若协调者无法收到所有参与者的响应，仍需对参与者进行回滚请求。
三阶段提交
三阶段提交是对于两阶段提交准备阶段的一个改进，其解决了两阶段提交中单点故障和阻塞问题，其基本运行过程如上图所示。
MVCC多版本并发控制
MVCC是一种并发控制的方法，其针对一个数据保存多个不同的版本，使得多个版本的读写操作没有冲突，可以提高并发性能。
其挑战在于版本时间戳的分发，可以通过两种方式解决：
- 中心化的授予时间戳方式，由一个协调者向节点发送时钟，有点是成本低、算法简单，但会增加一些网络通信的成本；
- 物理时钟的方法，每个节点都有一个低延迟的始终，以获得一个时间戳的较小范围，SPANNER论文中的方法，优点是效率较高，缺点则是为系统增加了硬件成本。
