分布式系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)復制
什么是數(shù)據(jù)復制？
數(shù)據(jù)復制是指將數(shù)據(jù)復制到一個或多個數(shù)據(jù)容器以確保可用性的過程。復制的數(shù)據(jù)通常存儲在不同的數(shù)據(jù)庫實例中，即使一個實例發(fā)生故障，我們也可以從其他實例獲取數(shù)據(jù)。
一種流行數(shù)據(jù)復制的實現(xiàn)架構是主從架構。
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主從架構
為了理解這個架構，我們舉一個例子。
- 我們有四個客戶端，每個客戶端都連接到一個負載均衡器。
- 然后負載均衡器將請求分發(fā)到三個應用程序服務器。
- 每臺服務器連接到一個數(shù)據(jù)庫實例。
你能注意到這里有什么問題嗎？
我們的數(shù)據(jù)庫存在單點故障。如果它崩潰了，我們的整個系統(tǒng)就會停止工作。
為了避免這種單點故障，我們可以使用另一個數(shù)據(jù)庫（最好是不同的數(shù)據(jù)庫實例）來存儲原始數(shù)據(jù)的副本（一般我們成為從庫）。現(xiàn)在如果原始數(shù)據(jù)庫（主庫）崩潰，我們可以將請求轉到從庫。
但是我們?nèi)绾伪３謴膸炫c主庫同步呢？這有兩種方法。
同步復制數(shù)據(jù)
- 在這種方法中，數(shù)據(jù)同時寫入主庫和從庫
- 數(shù)據(jù)始終一致。即數(shù)據(jù)如果寫入主庫，它也會寫入從庫
- 數(shù)據(jù)庫負載較高
異步復制數(shù)據(jù)
- 在這種方法中，首先將數(shù)據(jù)寫入主庫，并定期將更新寫入從庫
- 由于復制以固定間隔進行，因此存在數(shù)據(jù)丟失和不一致的可能性
- 數(shù)據(jù)庫負載相對較低
這里我們的一般定義是收到寫請求的主庫數(shù)據(jù)庫是 master）。從庫被稱為 slaves。
主從架構
如上圖我們的主站也就是 Server2 維護事務日志。他會更新從站中（Server1）的數(shù)據(jù)，它發(fā)送命令，然后從站以相同的順序執(zhí)行這些命令。
如果服務器向從站發(fā)送寫入請求會發(fā)生什么？
有兩種方法可以處理這種情況
- 不允許對從站的寫請求，從站無法寫入數(shù)據(jù)庫，它只能去讀從庫數(shù)據(jù)。
- 允許從站寫入數(shù)據(jù)。我們將允許從站寫入數(shù)據(jù)。然后從站將更改復制到主站。在這種情況下，從站就接替了主站的角色。所以不再是主從架構而是主主架構
主主架構的問題
網(wǎng)絡故障可能會導致主主架構中的數(shù)據(jù)不一致。
讓我們用一個例子來理解這一點，假設我們有兩個數(shù)據(jù)庫實例 A 和 B。
- 兩人都是 master。
- 它們之間的路由器出現(xiàn)故障。所以 A 認為 B 離線，B 認為 A 離線。
- 他們有一個數(shù)據(jù)項 X，其值最初為 100。
現(xiàn)在用戶發(fā)送以下請求，
- X 減去 20，該請求被路由到 A，此時 A 中 X 的值為 80。
- X 減去 80，這個請求被路由到 B（因為都是 master，所以寫請求可以路由到任何數(shù)據(jù)庫）。現(xiàn)在 B 中 X 的值為 20。
由于存在通信故障，A 和 B 無法同步，它們具有不同的數(shù)據(jù)值，因此不一致。
- 現(xiàn)在，如果用戶發(fā)出讀請求，他/她將獲得不同的值，具體取決于他/她將連接到的數(shù)據(jù)庫。
這個問題被稱為裂腦問題。
解決裂腦問題
解決裂腦問題
我們可以通過添加第三個節(jié)點（數(shù)據(jù)庫實例）來解決裂腦問題。
這里我們假設一個節(jié)點崩潰以及其他兩個節(jié)點之間的路由器崩潰的可能性極小。
讓我們考慮三個數(shù)據(jù)庫實例 A、B 和 C。
- 如果 C 崩潰，A 和 B 是主庫并且它們是同步的。所以他們處于一致的狀態(tài)。當 C 在線時，他們可以讀取 A 或 B 的內(nèi)容。
- 如果 A 和 B 之間出現(xiàn)通信故障
- 當 A 收到寫入請求時，它將其狀態(tài)傳播到 C。最初狀態(tài)為 S0，然后轉移到 Sx。所以現(xiàn)在 A 和 C 都有 Sx。
- 當 B 收到寫入請求時，它將其狀態(tài)從 S0 移至 Sy。它嘗試將其狀態(tài)傳播到 C，但失敗，因為 B 的先前狀態(tài)不等于 C。現(xiàn)在 B 中止寫入請求并將其狀態(tài)更新為 Sx。現(xiàn)在 B 可以接受寫入請求并將更改傳播到 C。
這稱為分布式共識。多個節(jié)點就特定值達成一致。在這種情況下，A、B 和 C 在最終狀態(tài)上達成一致。
