全网对CAP最深层的思考
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这篇文章着重点不在于科普，毕竟关于CAP理论的文章，网上很多。所以本文科普篇幅尽量小（只包含概念描述）
本文通过以下几个问题，从侧面描述。文中个人观点较多，看官理性对待。
- 为什么CAP三者不可兼得？
- 实践中，怎么应用CAP？
- 不考虑一致性的系统，有什么存在的意义呢？
CAP定理科普
CAP定理，指的是在一个分布式系统中，一致性（Consistency）、可用性（Availability）、分区容错性（Partition tolerance）。这三个要素最多只能同时实现两点，不可能三者兼顾。
- 一致性（C）：这里是指100%强一致性。在分布式系统中的所有数据备份，在同一时刻整个系统的副本都拥有的一致的数据。
- 可用性（A）：这里是指100%可用性。客户端无论访问到哪个没有宕机的节点上，都能在有限的时间内返回结果，并不是指整个系统处于可用状态。
- 分区容错性（P）：网络中允许丢失一个节点发给另一个节点的任意多的消息，即对网络分区的容忍。在发生网络分区时，能继续保持可用性或者一致性。如果一个系统要求在运行过程中不能发生网络分区，那么这个系统就不具备分区容错性。
为什么CAP三者不可兼得？
在分布式系统中，各个组建必然部署在不同的节点上，因此必然出现子网络，同时网络本身又是不可靠的，一定存在延迟和数据丢失，即网络分区是必然存在的。所以P（分区容错性）是分布式系统必须要面对和解决的问题（你无法要求在永远不发生网络分区的环境下运行分布式系统）。
因此CAP三者不可兼得，变成如何在C（一致性）、A（可用性）二者进行抉择，可以举个例子来说明：在分布式环境中，为了确保系统可用性，通常会采用将数据复制到多个备份节点，而复制的过程需要通过网络交互。当发生网络分区时，你将面临两个选择：
- 如果坚持保持各节点之间的数据一致性（选择C），你需要等待网络分区恢复后，将数据复制完成，才可以向外部提供服务。期间发生网络分区将不能对外提供服务，因为它保证不了数据一致性。
- 如果选择可用性（选择A），发生网络分区的节点，依然需要向外提供服务。但是由于网络分区，它同步不了最新的数据，所以它返回数据，可能不是最新的（与其他节点不一致的）数据。
这里需要强调一句，CAP三者不可兼得，仅仅是指在发生网络分区情况下，我们才需要在A和C之间进行抉择，选择保证数据一致还是服务可用。而集群正常运行时，A和C是都可以保证的。
- CP架构在当发生网络分区时，为了保证返回给客户端数据准确性，为了不破坏一致性，可能会因为无法响应最新数据，而拒绝响应。在网络分区恢复后，完成数据同步，才可处理客户端请求。
- AP架构在发生网络分区时，发生分区的节点不需要等待数据完成同步，便可处理客户端请求，将尽可能的给用户返回相对新的数据。在网络分区恢复后，完成数据同步。
实践中，怎么应用CAP？
CAP描述的一致性和可用性，都是100%的强度。在生产实践中，我们并不需要100%的一致性和可用性，因此我们需要对一致性和可用性之间进行权衡，选择CP架构或者AP架构。
例如，ZooKeeper，在少数成员宕机时，仍可以向客户端提供正确的服务，而当多数派成员宕机时，ZooKeeper则选择了一致性，为了保证给客户端响应正确的数据，ZooKeeper此时则不会继续提供服务。所以我们认为ZooKeeper在关键时刻选择一致性，但是它仍拥有很高的可用性。
2017 年，Google 公司的第一代 Spanner 系统已经诞生。Brewer 写了一篇文章讲述了 Google 公司的 Spanner 系统，并且近一步阐述了按照 CAP 定理 Spanner 是一个什么样特性的系统。在文中，Brewer 指出 Spanner 系统说是”实际上的 CA”（effectively CA）系统。从架构上来讲，Spanner 是一个 CP 系统，也就是说当出现网络分区时，Spanner 选择的是保证数据的一致性，放弃可用性的。但实际上，Spanner 是具有非常高可用性效果的一个系统，从架构上 Spanner 没有达到 CAP 定理要求的那种完全可用性，但是也达到非常高的可用性，由于采用多副本的设计，个别副本出现网络分区，并不影响用户能感知到的可用性。按 CAP 定理的定义，当这些个别副本出现网络分区时，这些节点是不可用的，也就是系统没有达到完全可用性。但是此时的用户请求是可以被其他副本服务的，此时服务是可用的，也就是说用户仍然感知到 Spanner 是可用的。所以说用户感知的可用性和 CAP 定理中的可用性不是一个概念。我们追求的应该是用户感知的可用性。
不考虑一致性的系统，有什么存在的意义呢？
这里以eureka为例，eureka各节点互相独立、平等的，各节点都提供查询和注册服务（读、写请求）。当发生网络分区，eureka各节点依旧可以接收和注册服务。并且当丢失过多客户端时，节点会进入自我保护（接收新服务注册、不删除过期服务）。在该种模式下，eureka集群剩下最后一个节点，也可以向外提供服务。尽管向外提供的数据可能是过期的数据。
考虑选择一致性还是可用性的情况，一定是在发生网络故障、且在关键时间，此时一致性和可用性才是互斥的。而网络故障、且非常关键时间，在一个健壮的系统中，这类情况是非常少的，我们大多数情况都能保证一致性和可用性。
eureka集群正常运行时，各节点之间可以正常通讯、保持心跳、复制数据，以此保持数据的一致性。但发生网络分区时，eureka确实选择了可用性，而放弃了一致性。