令人迷惑的CAP与ACID用语

CAP和ACID共享相同的词汇表：原子性（Atomic）、一致性（Consistent），诸如此类。但内有玄机：这些词语虽一样，但它们的意思是完全不同的东西。CAP来自分布式系统理论，而ACID属于数据库系统。分布式数据库既使用CAP词汇，也使用ACID词汇，这显然造成许多混淆。当某人讲：“我们不能放弃一致性”，他谈到的一致性是什么？让我们来看一看【Atomic-Consistent-Isolated-Durable】和【Consistent-Available-Partition-tolerant】的定义。

ACID & CAP - 一个提醒

ACID属性在70年代被确定，然后术语ACID被创造于1983年：

· A for Atomicity ：原子性

· C for Consistency ：一致性

· I for for Isolation ：隔离性

· D for Durability ：持久性

提醒：ACID特性定义于70年代的加利福尼亚

CAP由Eric Brewer猜想于2000年，由Seth Gilbert和Nancy Lynch证明于2002年：

· C for Consistency ：一致性

· A for Availability ：可用性

· P for Partition-tolerance. ：分区容错性

CAP and ACID 用语 - 迷惑概括

首先，让我们看下全画面

词语	数据库	CAP	迷惑?
事务	一组操作	不使用这个词语和概念	否
持久化 ?	“一旦事务成功，其对状态的更改，即使系统出现故障也不受影响” [D2]	不使用这个词语和概念	否
一致性 ?	数据完整性约束 (数据类型, 关系, …)	对于CAP，一致性是“原子一致性”的简称。原子一致性是个一致性模型，稍后详述	同一个词不同概念
隔离性 ?	“尽管多个事务并发执行，但看上去好象，对于每个事务T，其它事务要么在T之前、要么在T之后执行”. [D2]	CAP不使用这个词语，但ACID定义的隔离性在CAP词汇中是个一致性模型	不同的词相同概念
原子性	所有更改要么发生，要么全部不发生	对于CAP，原子性是个一致性模型，在CAP证明中被使用	同一个词不同概念
可用性	概念不经常使用，如果有，定义可能不同于CAP中的，即可用性也许不要求所有的非故障节点都响应	“被系统中非故障节点接收到的每个请求必须产生一个响应” [C2]	同一个词相同概念不同定义
分区容错性	概念不经常使用，如果有，定义与CAP中一致	两组节点被分区时，它们之间的所有消息都将丢失	否

现在，让我们深入一些细节：我们将发现，有一些额外的迷惑源自分布式数据库。

事务(只存在于ACID)

一个事务是一组操作。这组操作的任何一个可以读写多个数据。ACID是给予这组操作相同的属性，就好像它是一个唯一的操作。这不是CAP的目标。CAP是关于多个操作使用相同数据的（可能的）属性，这个属性可能是复制。

持久化(只存在于ACID)

“一旦事务成功，其对状态的更改，即使系统出现故障也不受影响”意思很清楚的，但把故障描述留给物理部署处理。主要取决于冗余：单节点多磁盘及/或多节点及/或多中心。 “幸免于”并不暗示任何可用性的概念：它的意思是它至少可以稍后恢复数据。

CAP本身没有提及持久化。CAP中的持久化是隐式的：CAP是有关分区，而不是节点故障。

CAP中的可用性

在CAP中，可用性意味着，若系统被分区，所有的非故障节点继续服务于请求。许多分布式系统认为它们是具有可用性的，这些系统当出现分区时，一部分非故障节点继续服务于请求。这样的系统并非具有CAP中的可用性。

CAP中的一致性与CAP中的原子性

CAP中的一致性是原子一致性的简称。原子一致性是一个一致性模型。一致性模型描述系统中各操作以什么样的顺序执行。有哪些操作因系统而异，例如，若要定义一个事务处理系统的一致性模型，那么“commit”就应是操作之一。用于证明CAP理论的分布式共享内存模型（Lynch定义于[V6]），使用的操作有read、write、ack。

选择一个一致性模型远不那么简单。有很多的一致性模型，因为存在许多可能的权衡：

· 一致性模型易用性如何。这也取决于应用本身：某些一致性模型可能对一些应用是易用的，而对其它应用就不易用。

· 内存模型的实现是否高效。这也取决于硬件和物理部署。

用于ACID与CAP的一致性模型其实是简单的：

· 顺序一致性，由Lamport定义[V9]：“程序的行为好像是，所有处理器的内存访问是交叉的，然而是按顺序执行的。”

· 原子一致性（也被称为线性一致性）是顺序一致性加上实时约束：“与顺序一致性不同，线性一致性假设在所有处理器之间存在全局时间的概念。各操作被间隔所建模，间隔是由调用和响应之间一段时间组成，每个操作假定是在间隔内的某点瞬间生效。”[V7]

一致性“是原子一致性：它只是个简称。CAP中的原子性（操作顺序执行）与ACID中的原子性（全部完成或什么都不做）根本就不是一件事。

ACID中的一致性

ACID中的一致性与数据完整性相关。例如：通常可能在SQL数据库中实现这样的规则：

· 字段不能为空值

· 字段必须是数字型

· 字段是对另外一张表中字段的引用

数据库不允许提交违反约束的事务。这就是ACID中的一致性约束。定义与CAP的不相同。

重要的是要记住，一个数据库（SQL或非SQL），并未实现所有的一致性约束。

ACID中的原子性

?"全部完成-或者-什么都没有”的行为十分直观：例如，有这样个事务，用伪代码模拟两账号间转账：

begin

val1 = read(account1)

val2 = read(account2)

newVal1 = val1 - 100

newVal2 = val2 + 100

write(account1, newVal1)

write(account2, newVal2)

commit

原子性是说两账号都被更新或者没有一个被更新。如果写入账号1成功，然后写入账号2失败，这两个写入操作将被回滚。

然而，ACID中的原子性并不说明这个事务隔离于其他事务。换句话讲，你可以宣称自己达成ACID中的原子性，甚至当：

· 在事务提交前，写入的值能被其它事务所见。

· 读到的值可能是被其它事务正修改的。若多次读取同一个值，可能会得到不同的结果。

例如，使用上面提到的事务，你能预期很多SQL数据库的行为：

· 开始，账户1有1000，账户2是0

· 同时并行两笔转账（如上面代码）

· 当你预期账户1是800、账户2是200时，你却从账户1上看到是900。

这是因为在ACID中，原子性不同于隔离性：原子性/全部完成-或-什么都不做，不代表是被隔离的。

Isolation隔离性

Gray和Reuter在[D2]中给出的隔离性定义是：“虽然多个事务并发执行，但看上去好象：对于每个事务T，其它事务是在T之前或在T之后执行”。这定义了一个一致性模型，就如CAP的一致性。有了这个定义，任何事务都是完全隔离的。很容易理解与使用。

理论上的隔离性：由于可序

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