2.1.1　CAP理论和BASE理论

1．CAP理论

分布式数据库是分布式系统，所以必须遵循CAP理论。CAP理论又被称作布鲁尔定理，如图2-1所示，它指出一个分布式系统不可能同时满足以下3点。

● 一致性（consistency，C）。

● 可用性（availability，A）。

● 分区容错性（partition tolerance，P）。

图2-1　CAP理论

要理解CAP理论，理解“分区容错性”是关键。分布式系统里的网络异常是不可避免的，在异常发生以后网络分区就客观存在了，对分区是必须要容忍的。在这样的情况下，系统设计人员必须在一致性和可用性之间做出选择，也就是一致性和可用性（CA）不能兼顾。可以选择停掉系统，等网络节点恢复后修复数据库，这样就保证了一致性和分区容错性（CP）；也可以选择继续提供服务，放弃强一致性的要求，这样就保证了可用性和分区容错性（AP）。换句话说，要么牺牲一致性，要么牺牲可用性。

CAP理论起源于美国加利福尼亚大学伯克利分校的计算机科学家埃里克·布鲁尔（Eric Brewer）在2000年的分布式计算原理研讨会上提出的一个猜想[1]。2002年，美国麻省理工学院的赛思·吉尔伯特（Seth Gilbert）和南希·林奇（Nancy Lynch）发表了布鲁尔猜想的证明论文，使之成为一个理论。

[1]　GILBERT S, LYNCH N. Brewer’s conjecture and the feasibility of consistent, available, partition-tolerant web services[J]. ACM SIGACT News,2002,33(2): 51-59.

论文里面说明了C、A、P三者不能同时满足。但是如上文所述，P在分布式系统里客观存在，所以只要对C和A做正确的取舍即可。

2．BASE理论

BASE是指基本可用（basically available，BA）、软状态（soft state，S）、最终一致性（eventual consistency，E）。基于传统ACID（atomicity，原子性；consistency，一致性；isolation，隔离性；durability，持久性）方法论设计的关系数据库，会把一致性的实现作为首要考虑内容，但是基于BASE理论的方法论是弱一致性的策略。

BASE理论[2]最早在网络领域提出，为非关系型数据库而设计。BASE理论的一致性模型和ACID理论的相比是弱一致性模型，在KV数据库和文档数据库里面应用较多。

[2]　Pritchett D. Base: an acid alternative: in partitioned databases, trading some consistency for availability can lead to dramatic improvements in scalability[J]. ACM Queue,2008, 6(3): 48-55.

BASE理论和ACID理论的对比这里就不详细介绍了，感兴趣的读者可以自行查阅文献。总体来说，BASE理论是CAP理论的补充，如果一致性在当前不能被满足，可以放宽约束条件，同时保证对外服务的可用性（BA）。系统里的所有数据副本在经过一段时间的同步后，最终实现一致性（E）。从最开始到最后实现一致性的过程中，存在软状态（S）。