CAP理论与BASE理论的关系及理解

在探讨分布式系统时，我们经常会提到CAP理论。CAP理论是分布式计算中的一个基本原则，它指出在一个分布式数据存储系统中，Consistency（一致性）、Availability（可用性）和Partition Tolerance（分区容错性）这三个特性无法同时被满足。

一、一致性（Consistency）

一致性是指“所有节点在同一时间看到的数据是一致的”。在并发系统中，一致性问题不可避免。对于客户端来说，一致性指的是并发访问时更新过的数据如何获取的问题。从服务端来看，则是更新如何复制分布到整个系统，以保证数据最终一致。换句话说，一致性是站在分布式系统的角度，对访问本系统的客户端的一种承诺：要么我给您返回一个错误，要么我给你返回绝对一致的最新数据。其强调的是数据正确性。

二、可用性（Availability）

可用性是指“读写操作总是能够成功”。换句话说，可用性是站在分布式系统的角度，对访问本系统的客户的另一种承诺：我一定会给您返回数据，不会给你返回错误，但不保证数据最新，强调的是不出错。好的可用性主要是指系统能够很好的为用户服务，不出现用户操作失败或者访问超时等用户体验不好的情况。

三、分区容错性（Partition Tolerance）

分区容错性是指分布式系统在遇到某节点或网络分区故障的时候，仍然能够对外提供满足一致性或可用性的服务。换句话说，分区容忍性是站在分布式系统的角度，对访问本系统的客户端的再一种承诺：我会一直运行，不管我的内部出现何种数据同步问题，强调的是不挂掉。对于用户而言，即使分布式系统中有某一个或者几个机器宕掉了，其他剩下的机器还能够正常运转满足系统需求，对于用户而言并没有什么体验上的影响。

CAP理论的权衡

CAP理论的基本观点是，一个分布式系统不可能同时满足C、A、P这三个特性。这并不是在所有时候都只能选择两个特性。在不存在网络失败的情况下（分布式系统正常运行时），C和A能够同时保证。只有当网络发生分区或失败时，才会在C和A之间做出选择。

对于一个分布式系统而言，P是前提，必须保证，因为只要有网络交互就一定会有延迟和数据丢失，这种状况我们必须接受，必须保证系统不能挂掉。所以只剩下C、A可以选择。要么保证数据一致性（保证数据绝对正确），要么保证可用性（保证系统不出错）。

当选择了C（一致性）时，如果由于网络分区而无法保证特定信息是最新的，则系统将返回错误或超时。

当选择了A（可用性）时，系统将始终处理客户端的查询并尝试返回最新的可用的信息版本，即使由于网络分区而无法保证其是最新的。

我们把P去掉,就能保证CA(单机模式).如果要P, 那么就得做出选择,是要准确数据还是服务可用.举例: 如果我们选择C, 那么就得等数据在各个服务中全部同步且一致才返回,这个过程展现给用户的是等待,不能执行别的操作. 如果选择A,用户可以很快得到响应,但是可能数据在其他查询不一致. 这就引出BASE理论.牺牲p就是单机数据库，保障p就是集群部署数据库。引出了BASE理论；

BASE是“Basically Available（基本可用性）、Soft state（软状态）和Eventually consistent（最终一致性）”的缩写。BASE理论是对ACID（原子性、一致性、隔离性和持久性）的一种补充和扩展。BASE理论主要用于分布式系统和大规模数据存储中，提供了一种弱一致性的解决方案。

基本可用性（Basically Available）：
系统在面对故障或异常情况时，仍然保证基本的可用性和可操作性，不会因为个别节点或组件的故障而完全不可用。
软状态（Soft state）：
系统的状态可以不同步，在一段时间内可以是非一致的。允许系统的某些部分存在中间状态，而不要求立即在所有节点上达到全局一致。
最终一致性（Eventually consistent）：
系统的数据在经过一段时间的同步和迁移后，最终会达到一致的状态。尽管在某一时刻数据可能不一致，但系统会尽力保证最终所有节点达到一致性。
BASE理论相对于ACID更加适用于大规模分布式系统和高并发环境，强调可用性和性能，而对数据的一致性要求相对较低。因此，在设计和实现分布式系统时，可以根据具体需求选择使用ACID或BASE理论进行架构和设计。

　　实际应用案例：电商购物车系统

基于BASE理论的电商购物车系统是一个典型的实际应用案例，它可以通过合理的设计来确保数据的最终一致性。

　　数据一致性保障机制：
在电商购物车系统中，用户可以将商品添加到购物车，然后可以进行结算和支付。这涉及到对购物车中商品数量、价格等数据的操作和更新。为了确保数据的最终一致性，可以采取以下措施：

　基于异步通信：

　　当用户操作购物车时，系统不需要立即更新数据，而是使用异步通信的方式将操作请求发送到消息队列中。这样可以保证用户操作的及时响应，并避免同步更新数据带来的性能瓶颈。
使用消息队列解耦：将购物车处理过程中的各个步骤解耦，例如将商品添加到购物车、删除购物车中的商品、更新购物车中的商品数量等操作分别存储为不同的消息。这样可以确保每个操作在消息队列中独立处理，从而提高系统的可伸缩性和灵活性。
最终一致性机制：

　　由于BASE理论中接受最终一致性，可以采用以下方法来保证购物车数据的最终一致性：
使用分布式锁：

　　在对购物车数据进行操作时，使用分布式锁来保证同一时刻只有一个线程可以修改购物车数据，以避免并发问题。
消息队列的消费者幂等性：

　　消费消息的服务节点需要具备幂等性，确保相同消息在处理时只会产生一次结果。例如，当多次收到某个商品被添加到购物车的消息时，只执行一次添加操作。
定时任务的校正机制：

　　定时任务可周期性检查消息队列中未被正确消费的消息，并进行校正。例如，如果某个操作消息没有被正确处理，则定时任务可以重新处理该消息，确保数据最终一致。