一般来说,就是如果系统不是严格要求缓存+数据库必须一致性的话,缓存可以稍微的跟数据库偶尔有不一致的情况,最好不要做这个方案,读请求和写请求串行化,串到一个内存队列里去,这样就可以保证一定不会出现不一致的情况
串行化之后,就会导致系统的吞吐量会大幅度的降低,用比正常情况下多几倍的机器去支撑线上的一个请求。
2. 分布式缓存中,哈希取余分区和一致性哈希分区有什么区别
环割法(一致性 hash)环割法的原理如下:
1. 初始化的时候生成分片数量 X × 环割数量 N 的固定方式编号的字符串,例如 SHARD-1-NODE-1,并计算所有 X×N 个字符串的所有 hash 值。
2. 将所有计算出来的 hash 值放到一个排序的 Map 中,并将其中的所有元素进行排序。
3. 输入字符串的时候计算输入字符串的 hash 值,查看 hash 值介于哪两个元素之间,取小于 hash 值的那个元素对应的分片为数据的分片。
数据比较
下面将通过测试对环割法和跳跃法的性能及均衡性进行对比,说明 DBLE 为何使用跳跃法代替了环割法。
数据源:现场数据 350595 条
测试经过:
1. 通过各自的测试方法执行对于测试数据的分片任务。
2. 测试方法:记录分片结果的方差;记录从开始分片至分片结束的时间;记录分片结果与平均数的最大差值。
3. 由于在求模法 PartitionByString 的方法中要求分片的数量是 1024 的因数,所以测试过程只能使用 2 的指数形式进行测试,并在 PartitionByString 方法进行测试的时候不对于 MAC 地址进行截断,取全量长度进行测试。
3. 如何保证分布式系统的消息最终一致性
针对楼主的问题:
下面我们以电商购物支付流程中,在各大参与者系统中可能会遇到分布式事务问题的场景进行详细的分析!
参考博文:http://www.roncoo.com/article/detail/124243
4. 秒杀过程中怎么保证redis缓存和数据库的一致性
如果要“保证”数据的安全性,那么会带来开销的进一步提升,以至于使用redis带来的性能优势都会丧失。正确的做法是区分不同的业务,使得并不需要“保证”数据一致性的场合,可以使用redis优化。而敏感的场合依然使用mysql。
5. 如何保证数据的一致性
数据一致性通常指关联数据之间的逻辑关系是否正确和完整。而数据存储的一致性模型则可以认为是存储系统和数据使用者之间的一种约定。如果使用者遵循这种约定,则可以得到系统所承诺的访问结果常用的一致性模型有:
a、严格一致性(linearizability, strict/atomic Consistency):读出的数据始终为最近写入的数据。这种一致性只有全局时钟存在时才有可能,在分布式网络环境不可能实现。
b、顺序一致性(sequential consistency):所有使用者以同样的顺序看到对同一数据的操作,但是该顺序不一定是实时的。
c、因果一致性(causal consistency):只有存在因果关系的写操作才要求所有使用者以相同的次序看到,对于无因果关系的写入则并行进行,无次序保证。因果一致性可以看做对顺序一致性性能的一种优化,但在实现时必须建立与维护因果依赖图,是相当困难的。
d、管道一致性(PRAM/FIFO consistency):在因果一致性模型上的进一步弱化,要求由某一个使用者完成的写操作可以被其他所有的使用者按照顺序的感知到,而从不同使用者中来的写操作则无需保证顺序,就像一个一个的管道一样。 相对来说比较容易实现。
e、弱一致性(weak consistency):只要求对共享数据结构的访问保证顺序一致性。对于同步变量的操作具有顺序一致性,是全局可见的,且只有当没有写操作等待处理时才可进行,以保证对于临界区域的访问顺序进行。在同步时点,所有使用者可以看到相同的数据。
f、 释放一致性(release consistency):弱一致性无法区分使用者是要进入临界区还是要出临界区, 释放一致性使用两个不同的操作语句进行了区分。需要写入时使用者acquire该对象,写完后release,acquire-release之间形成了一个临界区,提供 释放一致性也就意味着当release操作发生后,所有使用者应该可以看到该操作。
g、最终一致性(eventual consistency):当没有新更新的情况下,更新最终会通过网络传播到所有副本点,所有副本点最终会一致,也就是说使用者在最终某个时间点前的中间过程中无法保证看到的是新写入的数据。可以采用最终一致性模型有一个关键要求:读出陈旧数据是可以接受的。
h、delta consistency:系统会在delta时间内达到一致。这段时间内会存在一个不一致的窗口,该窗口可能是因为log shipping的过程导致。这是书上的原话。。我也搞不很清楚。。 数据库完整性(Database Integrity)是指数据库中数据的正确性和相容性。数据库完整性由各种各样的完整性约束来保证,因此可以说数据库完整性设计就是数据库完整性约束的设计。包括实体完整性。域完整性。参照完整性。用户定义完整性。可以主键。check约束。外键来一一实现。这个使用较多。
6. 分布式redis怎么保证数据一致性
Redis 默认是单机环境使用的。数据量较大时需要shard(多机环境),这个时候要用ShardedJedis。ShardedJedis是基于一致性哈希算法实现的分布式Redis集群客户端
7. chcahe 如何保证分布式缓存数据一致性
VPLEX的技术核心是“分布式缓存一致性”,下图则是“分布式缓存一致性”技术的工作机制示意:正是因为这项核心技术优势,使得VPLEX方案和目前所有厂商的虚拟化方案截然不同,并能够实现异地的数据中心整合。对跨数据中心的所有负载实现跨引擎的平摊或者实时迁移,来自任何一个主机的I/O请求可以通过任何一个引擎得到响应。
缓存一致性的记录目录使用少量的元数据,记录下哪个数据块属于哪个引擎更新的,以及在何时更新过,并通过4K大小的数据块告诉在集群中的所有其他的引擎。在整个过程中实际发生的沟通过程,远远比实际上正在更新数据块少很多。
分布式缓存一致性数据流示意图:上方是一个目录,记录下左侧的主机读取缓存A的操作,并分发给所有引擎,右侧主机需要读取该数据块时,会先通过目录查询,确定该数据块所属的引擎位置,读取请求会直接发送给引擎,并直接从数据块所在的缓存上读取。
当一个读请求进入时,VPLEX会自动检查目录,查找该数据块所属的引擎,一旦确定该数据块所属的引擎位置,读的请求会直接发送给该引擎。一旦一个写入动作完成,并且目录表被修改,这时另一个读请求从另一个引擎过来,VPLEX会检查目录,并且直接从该引擎的缓存上读取。如果该数据仍然在缓存上,则完全没必要去磁盘上读取。
如上图,来自图中左侧主机的操作,由Cache A服务,会记录一个更新状态,并分发给所有所有引擎知道。如果读取的需求来自最右侧的服务器,首先通过目录查询。通过这种技术可以实现所有引擎一致性工作,而且这个技术不仅可以跨引擎还可以跨VPLEX集群,而VPLEX集群可以跨区域,因此缓存一致性也可以跨区域部署。
分布式缓存一致性技术使VPLEX相比传统的虚拟化方案拥有更高的性能和可靠性,并实现异地数据中心的虚拟化整合
对传统的虚拟化架构来说,如果虚拟化的I/O集群中有一个节点坏了,那么性能就会降低一半,而且实际情况降低不止一半。因为坏了一个节点,这个节点缓存一般会被写进去。因为没有缓存,操作会直接写到硬盘里。如果图中中心这个节点坏掉,那主机所有的可用性都没有了。而VPLEX如果有一个引擎或者一个控制器坏掉了,那这个引擎的负载会均摊到其他活动引擎上。这样总体来讲用户可以维持可预知性能,性能降低也不那么明显。
8. 怎么保证数据一致性
数据一致性通常指关联数据之间的逻辑关系是否正确和完整。而数据存储的一致性模型则可以认为是存储系统和数据使用者之间的一种约定。如果使用者遵循这种约定,则可以得到系统所承诺的访问结果常用的一致性模型有:
a、严格一致性(linearizability, strict/atomic Consistency):读出的数据始终为最近写入的数据。这种一致性只有全局时钟存在时才有可能,在分布式网络环境不可能实现。
b、顺序一致性(sequential consistency):所有使用者以同样的顺序看到对同一数据的操作,但是该顺序不一定是实时的。
c、因果一致性(causal consistency):只有存在因果关系的写操作才要求所有使用者以相同的次序看到,对于无因果关系的写入则并行进行,无次序保证。因果一致性可以看做对顺序一致性性能的一种优化,但在实现时必须建立与维护因果依赖图,是相当困难的。
9. 分布式存储中,怎样使用paxos算法保证数据的一致性
在分布式系统中,我们经常遇到多数据副本保持一致的问题,在我们所能找到的资料中该问题讲的很笼统,模模糊糊的,把多个问题或分类糅合在一起,难以理解。在思考和翻阅资料后,通俗地把一致性的问题可分解为2个问题:
1、任何一次修改保证数据一致性。
2、多次数据修改的一致性。
在弱一致性的算法,不要求每次修改的内容在修改后多副本的内容是一致的,对问题1的解决比较宽松,更多解决问题2,该类算法追求每次修改的高度并发性,减少多副本之间修改的关联性,以获得更好的并发性能。例如最终一致性,无所谓每次用户修改后的多副本的一致性及格过,只要求在单调的时间方向上,数据最终保持一致,如此获得了修改极大的并发性能。
在强一致性的算法中,强调单次修改后结果的一致,需要保证了对问题1和问题2要求的实现,牺牲了并发性能。本文是讨论对解决问题1实现算法,这些算法往往在强一致性要求的应用中使用。
解决问题1的方法,通常有两阶段提交算法、采用分布式锁服务和采用乐观锁原理实现的同步方式,下面分别介绍这几种算法的实现原理。
两阶段提交算法
在两阶段提交协议中,系统一般包含两类机器(或节点):一类为协调者(coordinator),通常一个系统中只有一个;另一类为事务参与者(participants,cohorts或workers),一般包含多个,在数据存储系统中可以理解为数据副本的个数。两阶段提交协议由两个阶段组成,在正常的执行下,这两个阶段的执行过程如下所述:
阶段1:请求阶段(commit-request phase,或称表决阶段,voting phase)。
在请求阶段,协调者将通知事务参与者准备提交或取消事务,然后进入表决过程。在表决过程中,参与者将告知协调者自己的决策:同意(事务参与者本地作业执行成功)或取消(本地作业执行故障)。
阶段2:提交阶段(commit phase)。
在该阶段,协调者将基于第一个阶段的投票结果进行决策:提交或取消。当且仅当所有的参与者同意提交事务协调者才通知所有的参与者提交事务,否则协调者将通知所有的参与者取消事务。参与者在接收到协调者发来的消息后将执行响应的操作。
举个例子:A组织B、C和D三个人去爬长城:如果所有人都同意去爬长城,那么活动将举行;如果有一人不同意去爬长城,那么活动将取消。用2PC算法解决该问题的过程如下:
首先A将成为该活动的协调者,B、C和D将成为该活动的参与者。
阶段1:A发邮件给B、C和D,提出下周三去爬山,问是否同意。那么此时A需要等待B、C和D的邮件。B、C和D分别查看自己的日程安排表。B、C发现自己在当日没有活动安排,则发邮件告诉A它们同意下周三去爬长城。由于某种原因,D白天没有查看邮件。那么此时A、B和C均需要等待。到晚上的时候,D发现了A的邮件,然后查看日程安排,发现周三当天已经有别的安排,那么D回复A说活动取消吧。
阶段2:此时A收到了所有活动参与者的邮件,并且A发现D下周三不能去爬山。那么A将发邮件通知B、C和D,下周三爬长城活动取消。此时B、C回复A“太可惜了”,D回复A“不好意思”。至此该事务终止。
两阶段提交算法在分布式系统结合,可实现单用户对文件(对象)多个副本的修改,多副本数据的同步。其结合的原理如下:
1、客户端(协调者)向所有的数据副本的存储主机(参与者)发送:修改具体的文件名、偏移量、数据和长度信息,请求修改数据,该消息是1阶段的请求消息。
2、存储主机接收到请求后,备份修改前的数据以备回滚,修改文件数据后,向客户端回应修改成功的消息。 如果存储主机由于某些原因(磁盘损坏、空间不足等)不能修改数据,回应修改失败的消息。
3、客户端接收发送出去的每一个消息回应,如果存储主机全部回应都修改成功,向每存储主机发送确认修改的提交消息;如果存在存储主机回应修改失败,或者超时未回应,客户端向所有存储主机发送取消修改的提交消息。该消息是2阶段的提交消息。
4、存储主机接收到客户端的提交消息,如果是确认修改,则直接回应该提交OK消息;如果是取消修改,则将修改数据还原为修改前,然后回应取消修改OK的消息。
5、 客户端接收全部存储主机的回应,整个操作成功。
在该过程中可能存在通信失败,例如网络中断、主机宕机等诸多的原因,对于未在算法中定义的其它异常,都认为是提交失败,都需要回滚,这是该算法基于确定的通信回复实现的,在参与者的确定回复(无论是回复失败还是回复成功)之上执行逻辑处理,符合确定性的条件当然能够获得确定性的结果哲学原理。
分布式锁服务
分布式锁是对数据被外界修改持保守态度,在整个数据处理过程中将数据处于锁定状态,在用户修改数据的同时,其它用户不允许修改。
采用分布式锁服务实现数据一致性,是在操作目标之前先获取操作许可,然后再执行操作,如果其他用户同时尝试操作该目标将被阻止,直到前一个用户释放许可后,其他用户才能够操作目标。分析这个过程,如果只有一个用户操作目标,没有多个用户并发冲突,也申请了操作许可,造成了由于申请操作许可所带来的资源使用消耗,浪费网络通信和增加了延时。
采用分布式锁实现多副本内容修改的一致性问题, 选择控制内容颗粒度实现申请锁服务。例如我们要保证一个文件的多个副本修改一致, 可以对整个文件修改设置一把锁,修改时申请锁,修改这个文件的多个副本,确保多个副本修改的一致,修改完成后释放锁;也可以对文件分段,或者是文件中的单个字节设置锁, 实现更细颗粒度的锁操作,减少冲突。
常用的锁实现算法有Lamport bakery algorithm (俗称面包店算法), 还有Paxos算法。下面对其原理做简单概述。
Lamport面包店算法
是解决多个线程并发访问一个共享的单用户资源的互斥问题的算法。 由Leslie Lamport(英语:Leslie Lamport)发明。
Lamport把这个并发控制算法可以非常直观地类比为顾客去面包店采购。面包店只能接待一位顾客的采购。已知有n位顾客要进入面包店采购,安排他们按照次序在前台登记一个签到号码。该签到号码逐次加1。根据签到号码的由小到大的顺序依次入店购货。完成购买的顾客在前台把其签到号码归0. 如果完成购买的顾客要再次进店购买,就必须重新排队。
这个类比中的顾客就相当于线程,而入店购货就是进入临界区独占访问该共享资源。由于计算机实现的特点,存在两个线程获得相同的签到号码的情况,这是因为两个线程几乎同时申请排队的签到号码,读取已经发出去的签到号码情况,这两个线程读到的数据是完全一样的,然后各自在读到的数据上找到最大值,再加1作为自己的排队签到号码。为此,该算法规定如果两个线程的排队签到号码相等,则线程id号较小的具有优先权。
把该算法原理与分布式系统相结合,即可实现分步锁。
Paxos算法
该算法比较热门,参见WIKI,http://zh.wikipedia.org/wiki/Paxos%E7%AE%97%E6%B3%95
Paxos算法解决的问题是一个分布式系统如何就某个值(决议)达成一致。一个典型的场景是,在一个分布式数据库系统中,如果各节点的初始状态一致,每个节点都执行相同的操作序列,那么他们最后能得到一个一致的状态。为保证每个节点执行相同的命令序列,需要在每一条指令上执行一个“一致性算法”以保证每个节点看到的指令一致。一个通用的一致性算法可以应用在许多场景中,是分布式计算中的重要问题。节点通信存在两种模型:共享内存(Shared memory)和消息传递(Messages passing)。Paxos算法就是一种基于消息传递模型的一致性算法。BigTable使用一个分布式数据锁服务Chubby,而Chubby使用Paxos算法来保证备份的一致性。
采用乐观锁原理实现的同步
我们举个例子说明该算法的实现原理。如一个金融系统,当某个操作员读取用户的数据,并在读出的用户数据的基础上进行修改时(如更改用户帐户余额),如果采用前面的分布式锁服务机制,也就意味着整个操作过程中(从操作员读出数据、开始修改直至提交修改结果的全过程,甚至还包括操作员中途去煮咖啡的时间),数据库记录始终处于加锁状态,可以想见,如果面对几百上千个并发,这样的情况将导致怎样的后果。
乐观锁机制在一定程度上解决了这个问题。乐观锁,大多是基于数据版本( Version)记录机制实现。何谓数据版本?即为数据增加一个版本标识,在基于数据库表的版本解决方案中,一般是通过为数据库表增加一个 “version” 字段来实现。读取出数据时,将此版本号一同读出,之后更新时,对此版本号加一。此时,将提交数据的版本数据与数据库表对应记录的当前版本信息进行比对,如果提交的数据版本号大于数据库表当前版本号,则予以更新,否则认为是过期数据。
对于上面修改用户帐户信息的例子而言,假设数据库中帐户信息表中有一个 version 字段,当前值为 1 ;而当前帐户余额字段( balance )为 $100 。
操作员 A 此时将其读出(version=1 ),并从其帐户余额中扣除 $50($100-$50 )。
在操作员 A 操作的过程中,操作员B也读入此用户信息( version=1 ),并从其帐户余额中扣除 $20 ( $100-$20 )。
操作员 A 完成了修改工作,将数据版本号加一( version=2 ),连同帐户扣除后余额( balance=$50 ),提交至数据库更新,此时由于提交数据版本大于数据库记录当前版本,数据被更新,数据库记录 version 更新为 2 。
操作员 B 完成了操作,也将版本号加一( version=2 )试图向数据库提交数据( balance=$80 ),但此时比对数据库记录版本时发现,操作员 B 提交的数据版本号为 2 ,数据库记录当前版本也为 2 ,不满足 “ 提交版本必须大于记录当前版本才能执行更新 “ 的乐观锁策略,因此,操作员 B 的提交被驳回。这样,就避免了操作员 B 用基于 version=1 的旧数据修改的结果覆盖操作员A 的操作结果的可能。
乐观锁机制与分布式系统相结合上, 我整理了伪代码如下:
obj 操作的目标
vlaue 修改的值
atom_update_ver 每个目标上的版本,每次修改该值递增
set( obj, value)
{
//从每个节点上取出修改前的对象版本
get original_ver = obj.atom_update_ver from each node;
//将值赋到每个节点的obj目标
set obj = value from each node;
//条件修改每个节点的obj版本,目标版本加一
//比较和修改操作是原子操作
result = (set obj.atom_update_ver = original_ver + 1
where original_ver + 1 > obj.atom_update_ver
for each node);
if(result == ok)
return set_ok;
else
return set(obj, value);//不成功递归修改
该算法未考虑节点下线、失效等问题,在后续我将分析采用乐观锁原理实现一致性算法,解决问题2、节点失效、通信失败等问题。