分布式系统 - BASE理论

BASE理论解决CAP理论提出了分布式系统的一致性和可用性不能兼得的问题。

BASE在英文中有“碱”的意思，对应本节开头的ACID在英文中“酸”的意思，基于这两个名词提出了酸碱平衡的结论，简单来说是在不同的场景下，可以分别利用ACID和BASE来解决分布式服务化系统的一致性问题。

BASE模型与ACID模型截然不同，满足CAP理论，通过牺牲强一致性，获得可用性，一般应用在服务化系统的应用层或者大数据处理系统，通过达到最终一致性来尽量满足业务的绝大部分需求。

BASE模型包含个三个元素：

BA：Basically Available，基本可用

系统出现了不可预知的故障，但还是能用，相比较正常的系统而言会有响应时间上的损失和功能上的损失。

S：Soft State，软状态，状态可以有一段时间不同步

什么是软状态呢？相对于原子性而言，要求多个节点的数据副本都是一致的，这是一种“硬状态”。

软状态指的是：允许系统中的数据存在中间状态，并认为该状态不影响系统的整体可用性，即允许系统在多个不同节点的数据副本存在数据延时。

E：Eventually Consistent，最终一致，最终数据是一致的就可以了，而不是时时保持强一致。

上面说软状态，然后不可能一直是软状态，必须有个时间期限。在期限过后，应当保证所有副本保持数据一致性，从而达到数据的最终一致性。这个时间期限取决于网络延时、系统负载、数据复制方案设计等等因素。

而在实际工程实践中，最终一致性分为5种：

• 因果一致性（Causal consistency）

因果一致性指的是：如果节点A在更新完某个数据后通知了节点B，那么节点B之后对该数据的访问和修改都是基于A更新后的值。于此同时，和节点A无因果关系的节点C的数据访问则没有这样的限制。

• 读己之所写一致性（Read-your-writes consistency）

读己之所写指的是：节点A更新一个数据后，它自身总是能访问到自身更新过的最新值，而不会看到旧值。其实也算一种因果一致性。

• 会话一致性（Session consistency）

会话一致性将对系统数据的访问过程框定在了一个会话当中：系统能保证在同一个有效的会话中实现 “读己之所写” 的一致性，也就是说，执行更新操作之后，客户端能够在同一个会话中始终读取到该数据项的最新值。

• 单调读一致性（Monotonic read consistency）

单调读一致性指的是：如果一个节点从系统中读取出一个数据项的某个值后，那么系统对于该节点后续的任何数据访问都不应该返回更旧的值。 

• 单调写一致性（Monotonic write consistency）

单调写一致性指的是：一个系统要能够保证来自同一个节点的写操作被顺序的执行。 

在实际的实践中，这5种系统往往会结合使用，以构建一个具有最终一致性的分布式系统。

BASE模型的软状态是实现BASE理论的方法，基本可用和最终一致是目标。按照BASE模型实现的系统，由于不保证强一致性，系统在处理请求的过程中，可以存在短暂的不一致，在短暂的不一致窗口请求处理处在临时状态中，系统在做每步操作的时候，通过记录每一个临时状态，在系统出现故障的时候，可以从这些中间状态继续未完成的请求处理或者退回到原始状态，最后达到一致的状态。

简单地来说BASE理论的思想是：系统可能处于不一致的状态，但最终会变得一致，可以用写时修复、读时修复、异步修复。