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大数据技术Kafka详解 ⑤ | Kafka中的CAP机制

news 来源：原创 2025/6/13 18:52:21

1、分布式系统当中的CAP理论

1.1、CAP理论

1.2、Partitiontolerance

1.3、Consistency

1.4、Availability

2、Kafka中的CAP机制

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1、分布式系统当中的CAP理论

1.1、CAP理论

分布式系统(distributed system)正变得越来越重要，大型网站几乎都是分布式的。

分布式系统的最大难点，就是各个节点的状态如何同步。

为了解决各个节点之间的状态同步问题，在1998年，由加州大学的计算机科学家EricBrewer提出分布式系统的三个指标，分别是：

Consistency：一致性
Availability：可用性
Partitiontolerance：分区容错性

EricBrewer说，这三个指标不可能同时做到。最多只能同时满足其中两个条件，这个结论就叫做CAP定理。

CAP理论是指：分布式系统中，一致性、可用性和分区容忍性最多只能同时满足两个。

一致性:Consistency

通过某个节点的写操作结果对后面通过其它节点的读操作可见。
如果更新数据后，并发访问情况下后续读操作可立即感知该更新，称为强一致性
如果允许之后部分或者全部感知不到该更新，称为弱一致性。
若在之后的一段时间(通常该时间不固定)后，一定可以感知到该更新，称为最终一致性。

可用性:Availability

任何一个没有发生故障的节点必须在有限的时间内返回合理的结果。

分区容错性:Partitiontolerance

部分节点宕机或者无法与其它节点通信时，各分区间还可保持分布式系统的功能
一般而言，都要求保证分区容忍性。所以在CAP理论下，更多的是需要在可用性和一致性之间做权衡。

1.2、Partitiontolerance

先看Partitiontolerance，中文叫做"分区容错"。

大多数分布式系统都分布在多个子网络。每个子网络就叫做一个区(partition)。分区容错的意思是，区间通信可能失败。比如，一台服务器放在中国，另一台服务器放在美国，这就是两个区，它们之间可能无法通信。

上图中，G1和G2是两台跨区的服务器。G1向G2发送一条消息，G2可能无法收到。系统设计的时候，必须考虑到这种情况。

一般来说，分区容错无法避免，因此可以认为CAP的P总是存在的。即永远可能存在分区容错这个问题。

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1.3、Consistency

Consistency中文叫做"一致性"。意思是，写操作之后的读操作，必须返回该值。举例来说，某条记录是v0，用户向G1发起一个写操作，将其改为v1。接下来，用户的读操作就会得到v1。这就叫一致性。

问题是，用户有可能向G2发起读操作，由于G2的值没有发生变化，因此返回的是v0。G1和G2读操作的结果不一致，这就不满足一致性了。

为了让G2也能变为v1,就要在G1写操作的时候,让G1向G2发送一条消息,要求G2也改成v1

这样的话，用户向G2发起读操作，也能得到v1。

1.4、Availability

Availability中文叫做"可用性"，意思是只要收到用户的请求，服务器就必须给出回应。用户可以选择向G1或G2发起读操作。不管是哪台服务器，只要收到请求，就必须告诉用户，到底是v0还是v1，否则就不满足可用性。

2、Kafka中的CAP机制

kafka是一个分布式的消息队列系统，既然是一个分布式的系统，那么就一定满足CAP定律，那么在kafka当中是如何遵循CAP定律的呢？kafka满足CAP定律当中的哪两个呢？

kafka满足的是CAP定律当中的CA，其中Partitiontolerance通过的是一定的机制尽量的保证分区容错性。

其中C表示的是数据一致性。A表示数据可用性。

kafka首先将数据写入到不同的分区里面去，每个分区又可能有好多个副本，数据首先写入到leader分区里面去，读写的操作都是与leader分区进行通信，保证了数据的一致性原则，也就是满足了Consistency原则。

然后kafka通过分区副本机制，来保证了kafka当中数据的可用性。但是也存在另外一个问题，就是副本分区当中的数据与leader当中的数据存在差别的问题如何解决，这个就是Partitiontolerance的问题。

kafka为了解决Partitiontolerance的问题，使用了ISR的同步策略,来尽最大可能减少Partitiontolerance的问题。

每个leader会维护一个ISR(asetofin-syncreplicas,基本同步)列表。

ISR列表主要的作用就是决定哪些副本分区是可用的，也就是说可以将leader分区里面的数据同步到副本分区里面去，决定一个副本分区是否可用的条件有两个：

replica.lag.time.max.ms=10000副本分区与主分区心跳时间延迟
replica.lag.max.messages=4000副本分区与主分区消息同步最大差

produce请求被认为完成时的确认值:request.required.acks=0。

ack=0：producer不等待broker同步完成的确认，继续发送下一条(批)信息。
ack=1(默认)：producer要等待leader成功收到数据并得到确认，才发送下一条message。
ack=-1：producer得到follower确认，才发送下一条数据。

1、分布式系统当中的CAP理论

1.1、CAP理论

1.2、Partitiontolerance

1.3、Consistency

1.4、Availability

2、Kafka中的CAP机制

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