不懂分布式系统的核心问题：一致性与共识，还想入门区块链？挖矿？

发表于 2025-4-29 20:45:20

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CAP原理
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CAP原理：分布式计算系统不可能同时确保以下三个特性：

一致性（consistency）
可用性（availability）
分区容忍性（partition）

**（1）分区容忍性：**网络可能发生分区，即节点之间的通讯不可保障。
大多数分布式系统都分布在多个子网络。每个子网络就叫做一个区（partition）。好比，一台服务器放在中国，另一台服务器放在美国，这就是两个区，它们之间可能无法通讯。

上图中，G1 和 G2 是两台跨区的服务器。G1 向 G2 发送一条消息，G2 可能无法收到。系统计划的时候，必须思量到这种情况。
一般来说，分区容错无法制止，因此可以认为 CAP 的 P 总是成立。CAP 定理告诉我们，剩下的 C 和 A 无法同时做到。
**（2）一致性：**任何操纵应该都是原子的，发生在背面的事件能看到前面事件发生导致的结果，这指的是强一致性。
写操纵之后的读操纵，必须返回该值。举例来说，某条记录是 v0，用户向 G1 发起一个写操纵，将其改为 v1。

接下来，用户的读操纵就会得到 v1。这就叫一致性。
问题是，用户有可能向 G2 发起读操纵，由于 G2 的值没有发生变革，因此返回的是 v0。G1 和 G2 读操纵的结果不一致，这就不满足一致性了。
为了让 G2 也能变为 v1，就要在 G1 写操纵的时候，让 G1 向 G2 发送一条消息，要求 G2 也改成 v1。

如许的话，用户向 G2 发起读操纵，也能得到 v1。
**（3）可用性：**在有限时间内，任何非失败节点都能应答请求。
只要收到用户的请求，服务器就必须给出回应。用户可以选择向 G1 或 G2 发起读操纵。不管是哪台服务器，只要收到请求，就必须告诉用户，到底是 v0 还是 v1，否则就不满足可用性。
**一致性和可用性，为什么不可能同时成立？**答案很简单，由于可能通讯失败（即出现分区容错）。
如果保证 G2 的一致性，那么 G1 必须在写操纵时，锁定 G2 的读操纵和写操纵。只有数据同步后，才能重新开放读写。锁定期间，G2 不能读写，没有可用性不。
如果保证 G2 的可用性，那么势必不能锁定 G2，所以一致性不成立。
综上所述，G2 无法同时做到一致性和可用性。系统计划时只能选择一个目标。如果追求一致性，那么无法保证全部节点的可用性；如果追求全部节点的可用性，那就没法做到一致性。
应用场景
弱化一致性的场景，比方网站静态页面内容，实时性较弱的查询类数据库等对一致性不敏感的。
弱化可用性的场景，比方银行取款机，对一致性很敏感。
弱化分区容忍性，某些关系型数据库及ZooKeeper主要思量这种计划。网络可以通过双通道等机制增强可靠性，达到高稳固的网络通讯。
ACID原则
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ACID原则指的是：

Atomicity（原子性）
Consistency（一致性）
Isolation（隔离性）
Durability（持久性）

这是比较有名的描述一致性的原则，通常出如今分布式数据库范畴。满足一致性需求，但是答应付出可用性的代价。

A：每次操纵是原子的，要么乐成，要么不实验；
C：数据库的状态是一致的，无中间状态；
I：各种操纵之间互不影响；
D：状态的改变是持久的，不会失效。

与ACID相对的一个原则是BASE（Basic Availability， Soft-state， Eventual Consistency）原则，断送对一致性约束（但实现最终一致性），来换取一定的可用性。
区块链的分布式特性
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区块链有一种机制来保护自身的安全性，那就是分布式。相对于用一个中央化的实体来管理区块链网络，区块链采用的是一种peer-to-peer网络，并且全部人都可以加入。当有人加入这个网络时，他就会得到整个区块链的复制。这个人就可以以此来验证是否全部的区块还是合法未篡改的。
那么接下来我们就来看看，当某人创建了一个新的区块时，会发生哪些改变这个新的区块会被发送给网络上的全部人。每个人再验证这个区块以确保这个区块没有被篡改过。如果全部的东西都被检验正确之后，那么每个人就都会把这块新的区块加到自己的区块链上。
我们可以称之为，网络上的全部人达成了「共识」。他们认同网络中那些区块是合法的，哪些是不合法的。那些被篡改过的区块将会被网络上的其他用户拒绝。所以，要乐成篡改一个区块链，你需要篡改区块链上的全部区块，重新完成每个区块的工作量证明，并且控制区块链网络中超过50%的用户。
只有如许，你篡改的区块才会被全部人认可。但实际上，这根本上是不可能做得到的！
自我介绍一下，小编13年上海交大毕业，曾经在小公司待过，也去过华为、OPPO等大厂，18年进入阿里不绝到如今。
深知大多数Java工程师，想要提升技能，每每是自己摸索成长或者是报班学习，但对于培训机构动则几千的学费，着实压力不小。自己不成体系的自学结果低效又漫长，而且极易碰到天花板技能故步自封！
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总结

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打个比方，假如你正在学习 spring 注解，忽然发现了一个注解@Aspect，不知道干什么用的，你可能会去查看源码或者通过博客学习，花了半小时终于弄懂了，下次又看到@Aspect 了，你有点郁闷了，前次似乎在哪哪哪学习，你快速打开网页花了五分钟又学会了。
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