Что такое CAP-теорема и как она влияет на выбор архитектуры?

1️⃣ Как кратко ответить

CAP-теорема утверждает, что в распределенной системе невозможно одновременно обеспечить все три свойства: согласованность (Consistency), доступность (Availability) и устойчивость к разделению сети (Partition Tolerance). При проектировании архитектуры необходимо выбрать два из этих свойств, в зависимости от требований системы.

2️⃣ Подробное объяснение темы

CAP-теорема, также известная как теорема Брюера, названа в честь Эрика Брюера, который впервые представил её в 2000 году. Она описывает ограничения, с которыми сталкиваются распределенные системы, и помогает разработчикам принимать обоснованные решения при проектировании таких систем.

Основные компоненты CAP-теоремы

1. Согласованность (Consistency): Каждый запрос к системе получает либо актуальные данные, либо сообщение об ошибке. Это означает, что все узлы в системе видят одни и те же данные в одно и то же время.

2. Доступность (Availability): Каждый запрос к системе получает ответ, даже если некоторые узлы вышли из строя. Это означает, что система всегда доступна для обработки запросов.

3. Устойчивость к разделению сети (Partition Tolerance): Система продолжает работать, несмотря на произвольные разделения сети, которые могут разорвать связь между узлами.

Почему нельзя иметь все три свойства одновременно?

Представьте себе распределенную систему, которая состоит из нескольких серверов, расположенных в разных частях мира. Если связь между этими серверами прерывается (разделение сети), система должна выбрать, как реагировать:

• Согласованность и устойчивость к разделению сети (CP): Система может приостановить обработку запросов, чтобы сохранить согласованность данных. Это означает, что она будет недоступна до восстановления связи.

• Доступность и устойчивость к разделению сети (AP): Система может продолжать обрабатывать запросы, но данные могут быть не согласованы между различными узлами.

• Согласованность и доступность (CA): Это возможно только в системах, которые не подвержены разделению сети, что в реальных условиях практически недостижимо.

Применение CAP-теоремы

• Системы банковских транзакций: Здесь критически важна согласованность, поэтому такие системы часто выбирают архитектуру CP.

• Социальные сети или системы потокового видео: Здесь важна доступность, и такие системы могут выбрать архитектуру AP, чтобы пользователи всегда могли получить доступ к контенту, даже если он может быть не полностью актуальным.

Пример

Представьте себе онлайн-магазин, который должен обрабатывать заказы. Если система выберет CP, она может приостановить обработку заказов, если связь между серверами прервана, чтобы гарантировать, что все заказы обрабатываются последовательно и без ошибок. Если система выберет AP, она может продолжать принимать заказы, даже если связь прервана, но это может привести к тому, что некоторые заказы будут обработаны дважды или не будут обработаны вообще.