分布式协议与算法-Quorum NWR

1.强一致性与最终一致性

1.1强一致性

强一致性能保证写操作完成后，任何后续访问都能读到更新后的值；强一致性可以保证从库有与主库一致的数据。如果主库突然宕机，我们仍可以保证数据完整。但如果从库宕机或网络阻塞，主库就无法完成写入操作。

1.2最终一致性

最终一致性只能保证如果对某个对象没有新的写操作了，最终所有后续访问都能读到相同的最近更新的值。开篇提到，容忍节点故障只是需要复制的一个原因。另两个原因是可扩展性和降低延迟。

单领导者的主从复制算法要求所有写入都由单个节点处理，但只读查询可以由任何节点处理。对于读多写少的场景，我们往往创建很多从库，并将读请求分散到所有的从库上去。这样能减小主库的负载，并允许向最近的节点发送读请求。当然这只适用于异步复制——如果尝试同步复制，则单个节点故障将使整个系统无法写入。

当用户从异步从库读取时，如果此异步从库落后，他可能会看到过时的信息。这种不一致只是一个暂时的状态——如果等待一段时间，从库最终会赶上并与主库保持一致。这称为最终一致性。

最终两个字用得很微妙，因为从写入主库到反映至从库之间的延迟，可能仅仅是几分之一秒，也可能是几个小时。

2.Quorum NWR 的三要素

2.1副本数

N 表示副本数，又叫做复制因子（Replication Factor）。也就是说，N 表示集群中同一份数据有多少个副本，就像下图的样子：

从图中你可以看到，在这个三节点的集群中，DATA-1 有 2 个副本，DATA-2 有 3 个副本，DATA-3 有 1 个副本。也就是说，副本数可以不等于节点数，不同的数据可以有不同的副本数。

在实现 Quorum NWR 的时候，你需要实现自定义副本的功能。也就是说，用户可以自定义指定数据的副本数，比如，用户可以指定 DATA-1 具有 2 个副本，DATA-2 具有 3 个副本，就像图中的样子。

2.2写一致性级别

W，又称写一致性级别（Write Consistency Level），表示成功完成 W 个副本更新，才完成写操作：

从图中你可以看到，DATA-2 的写副本数为 2，也就说，对 DATA-2 执行写操作时，完成了 2 个副本的更新（比如节点 A、C），才完成写操作。

那么有的人会问了，DATA-2 有 3 个数据副本，完成了 2 副本的更新，就完成了写操作，那么如何实现强一致性呢？如果读到了第三个数据副本（比如节点 B），不就可能无法读到更新后的值了吗？先继续看下面的内容。

3.读一致性级别

R，又称读一致性级别（Read Consistency Level），表示读取一个数据对象时需要读 R个副本。你可以这么理解，读取指定数据时，要读 R 副本，然后返回 R 个副本中最新的那份数据：

从图中你可以看到，DATA-2 的读副本数为 2。也就是说，客户端读取 DATA-2 的数据时，需要读取 2 个副本中的数据，然后返回最新的那份数据。

这里需要你注意的是，无论客户端如何执行读操作，哪怕它访问的是写操作未强制更新副本数据的节点（比如节点 B），但因为 W(2) + R(2) > N(3)，也就是说，访问节点 B，执行读操作时，因为要读 2 份数据副本，所以除了节点 B 上的 DATA-2，还会读取节点 A 或节点 C 上的 DATA-2，就像上图的样子（比如节点 C 上的 DATA-2），而节点 A 和节点 C的 DATA-2 数据副本是强制更新成功的。这个时候，返回给客户端肯定是最新的那份数据。

你看，通过设置 R 为 2，即使读到前面问题中的第三份副本数据（比如节点 B），也能返回更新后的那份数据，实现强一致性了。

4.NWR组合

除此之外，关于 NWR 需要你注意的是，N、W、R 值的不同组合，会产生不同的一致性效果，具体来说，有这么两种效果：

当 W + R > N 的时候，对于客户端来讲，整个系统能保证强一致性，一定能返回更新后的那份数据。

当 W + R < N 的时候，对于客户端来讲，整个系统只能保证最终一致性，可能会返回旧数据。