關(guān)于一致性

　　為什么需要Paxos或Quorum算法？分布式系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，是通過(guò)多份數(shù)據(jù)副本來(lái)保證可靠，假設(shè)部分節(jié)點(diǎn)訪問(wèn)數(shù)據(jù)失敗，還有其他節(jié)點(diǎn)提供一致的數(shù)據(jù)返回給用戶。對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)而言，怎樣保證副本數(shù)據(jù)的一致性當(dāng)屬分布式存儲(chǔ)最重要的問(wèn)題。 一致性是分布式理論中的根本性問(wèn)題，近半個(gè)世紀(jì)以來(lái)，科學(xué)家們圍繞著一致性問(wèn)題提出了很多理論模型，依據(jù)這些理論模型，業(yè)界也出現(xiàn)了很多工程實(shí)踐投影。何為一致性問(wèn)題？簡(jiǎn)而言之，一致性問(wèn)題就是相互獨(dú)立的節(jié)點(diǎn)之間，在可控的時(shí)間范圍內(nèi)如何達(dá)成一項(xiàng)決議的問(wèn)題。

　　強(qiáng)一致寫(xiě)、多段式提交

　　強(qiáng)一致寫(xiě)

　　解決這個(gè)問(wèn)題最簡(jiǎn)單的方法 ，就是強(qiáng)一致寫(xiě)。在用戶提交寫(xiě)請(qǐng)求后，完成所有副本更新再返回用戶，讀請(qǐng)求任意選擇某個(gè)節(jié)點(diǎn)。數(shù)據(jù)修改少節(jié)點(diǎn)少時(shí)，方案看起來(lái)很好，但操作頻繁則有寫(xiě)操作延時(shí)問(wèn)題，也無(wú)法處理節(jié)點(diǎn)宕機(jī)。

　　兩段式提交（2PC 、Three-Phase Commit）

　　既然實(shí)際系統(tǒng)中很難保證強(qiáng)一致，便只能通過(guò)兩段式提交分成兩個(gè)階段，先由Proposer（提議者）發(fā)起事物并收集Acceptor（接受者）的返回，再根據(jù)反饋決定提交或中止事務(wù)。

　　第一階段：Proposer發(fā)起一個(gè)提議，詢問(wèn)所有Acceptor是否接受；

　　第二階段：Proposer根據(jù)Acceptor的返回結(jié)果，提交或中止事務(wù)。如果Acceptor全部同意則提交，否則全部終止。

　　兩階段提交方案是實(shí)現(xiàn)分布式事務(wù)的關(guān)鍵；但是這個(gè)方案針對(duì)無(wú)反饋的情況，除了“死等”，缺乏合理的解決方案。 Proposer在發(fā)起提議后宕機(jī)，階段二的Acceptor資源將鎖定死等。如果部分參與者接受請(qǐng)求后異常，還可能存在數(shù)據(jù)不一致的腦裂問(wèn)題。

　　三段式提交（3PC、Three-Phase Commit）

　　為了解決2PC的死等問(wèn)題，3PC在提交前增加一次準(zhǔn)備提交（prepare commit）的階段，使得系統(tǒng)不會(huì)因?yàn)樘嶙h者宕機(jī)不知所措。接受者接到準(zhǔn)備提交指令后可以鎖資源，但要求相關(guān)操作必須可回滾。

　　但3PC并沒(méi)有被用在我們的工程實(shí)現(xiàn)上，因?yàn)?PC無(wú)法避免腦裂，同時(shí)有其他協(xié)議可以做到更多的特性又解決了死等的問(wèn)題。

　　圖1 三段式提交，在二段式提交基礎(chǔ)上增加prepare commit階段

　　主流的Paxos算法

　　微信后臺(tái)近期開(kāi)始主要推廣Paxos算法用于內(nèi)部分布式存儲(chǔ)。Paxos是Leslie Lamport提出的基于消息傳遞的一致性算法，解決了分布式存儲(chǔ)中多個(gè)副本響應(yīng)讀寫(xiě)請(qǐng)求的一致性，Paxos在目前的分布式領(lǐng)域幾乎是一致性的代名詞（據(jù)傳Google Chubby的作者M(jìn)ike Burrows曾說(shuō)過(guò)這個(gè)世界上只有一種一致性算法， 那就是Paxos，其他算法都是殘次品）。Paxos算法在可能宕機(jī)或網(wǎng)絡(luò)異常的分布式環(huán)境中，快速且正確地在集群內(nèi)部對(duì)某個(gè)數(shù)據(jù)的值達(dá)成一致，并且保證只要任意多數(shù)節(jié)點(diǎn)存活，都不會(huì)破壞整個(gè)系統(tǒng)的一致性。Paxos的核心能力就是多個(gè)節(jié)點(diǎn)確認(rèn)一個(gè)值，少數(shù)服從多數(shù)，獲得可用性和一致性的均衡。