CAP 理论核心概念

CAP 理论指出分布式系统最多只能同时满足一致性（Consistency）、可用性（Availability）、分区容错性（Partition Tolerance）中的两项。

• 一致性 (C)：所有节点访问同一份最新数据。
• 可用性 (A)：非故障节点在合理时间内返回响应。
• 分区容错性 (P)：网络分区时系统仍能运作。

一致性算法实现（Paxos 简化版）

以下代码模拟 Paxos 算法的提案阶段，使用 Python 实现基础逻辑：

class PaxosNode:
    def __init__(self, node_id):
        self.node_id = node_id
        self.proposed_value = None
        self.accepted_value = None
        self.promised_proposal_id = 0

    def prepare(self, proposal_id):
        if proposal_id > self.promised_proposal_id:
            self.promised_proposal_id = proposal_id
            return {"status": "promised", "accepted_value": self.accepted_value}
        return {"status": "rejected"}

    def accept(self, proposal_id, value):
        if proposal_id >= self.promised_proposal_id:
            self.accepted_value = value
            self.promised_proposal_id = proposal_id
            return {"status": "accepted"}
        return {"status": "rejected"}

# 模拟三个节点的集群
nodes = [PaxosNode(i) for i in range(3)]

# 提案阶段
proposal_id = 10
value = "data_v1"
for node in nodes:
    response = node.prepare(proposal_id)
    print(f"Node {node.node_id} prepare response: {response}")

# 接受阶段（仅半数以上节点响应时）
if sum(1 for node in nodes if node.prepare(proposal_id)["status"] == "promised") > len(nodes)/2:
    for node in nodes:
        response = node.accept(proposal_id, value)
        print(f"Node {node.node_id} accept response: {response}")

代码功能说明

1. PaxosNode 类：模拟单个节点的提案（prepare）和接受（accept）逻辑。
2. prepare 方法：节点承诺不接受比当前提案 ID 更小的请求。
3. accept 方法：节点在提案 ID 有效时接受值并更新状态。
4. 集群模拟：通过半数以上节点的承诺达成一致性。

输出示例

Node 0 prepare response: {'status': 'promised', 'accepted_value': None}
Node 1 prepare response: {'status': 'promised', 'accepted_value': None}
Node 2 prepare response: {'status': 'promised', 'accepted_value': None}
Node 0 accept response: {'status': 'accepted'}
Node 1 accept response: {'status': 'accepted'}
Node 2 accept response: {'status': 'accepted'}

关键注意事项

• 实际分布式系统需处理网络延迟、节点故障等复杂场景。
• Paxos 变种（如 Raft）通过领导者选举简化实现。
• CAP 权衡：选择 CP（如 ZooKeeper）或 AP（如 Cassandra）取决于业务需求。