本文翻譯自國(guó)外論壇 medium，原文地址：https://medium.com/@interviewready/data-replication-in-distributed-system-87f7d265ff28

什么是數(shù)據(jù)復(fù)制？

數(shù)據(jù)復(fù)制是指將數(shù)據(jù)復(fù)制到一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)容器以確?？捎眯缘倪^(guò)程。復(fù)制的數(shù)據(jù)通常存儲(chǔ)在不同的數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)例中，即使一個(gè)實(shí)例發(fā)生故障，我們也可以從其他實(shí)例獲取數(shù)據(jù)。

一種流行數(shù)據(jù)復(fù)制的實(shí)現(xiàn)架構(gòu)是主從架構(gòu)。

“

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”

主從架構(gòu)

為了理解這個(gè)架構(gòu)，我們舉一個(gè)例子。

• 我們有四個(gè)客戶端，每個(gè)客戶端都連接到一個(gè)負(fù)載均衡器。
• 然后負(fù)載均衡器將請(qǐng)求分發(fā)到三個(gè)應(yīng)用程序服務(wù)器。
• 每臺(tái)服務(wù)器連接到一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)例。

你能注意到這里有什么問(wèn)題嗎？

我們的數(shù)據(jù)庫(kù)存在單點(diǎn)故障。如果它崩潰了，我們的整個(gè)系統(tǒng)就會(huì)停止工作。

為了避免這種單點(diǎn)故障，我們可以使用另一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)（最好是不同的數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)例）來(lái)存儲(chǔ)原始數(shù)據(jù)的副本（一般我們成為從庫(kù)）?，F(xiàn)在如果原始數(shù)據(jù)庫(kù)（主庫(kù)）崩潰，我們可以將請(qǐng)求轉(zhuǎn)到從庫(kù)。

但是我們?nèi)绾伪３謴膸?kù)與主庫(kù)同步呢？這有兩種方法。

同步復(fù)制數(shù)據(jù)

• 在這種方法中，數(shù)據(jù)同時(shí)寫入主庫(kù)和從庫(kù)
• 數(shù)據(jù)始終一致。即數(shù)據(jù)如果寫入主庫(kù)，它也會(huì)寫入從庫(kù)
• 數(shù)據(jù)庫(kù)負(fù)載較高

異步復(fù)制數(shù)據(jù)

• 在這種方法中，首先將數(shù)據(jù)寫入主庫(kù)，并定期將更新寫入從庫(kù)
• 由于復(fù)制以固定間隔進(jìn)行，因此存在數(shù)據(jù)丟失和不一致的可能性
• 數(shù)據(jù)庫(kù)負(fù)載相對(duì)較低

這里我們的一般定義是收到寫請(qǐng)求的主庫(kù)數(shù)據(jù)庫(kù)是 master）。從庫(kù)被稱為 slaves。

主從架構(gòu)

如上圖我們的主站也就是 Server2 維護(hù)事務(wù)日志。他會(huì)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(wù)器向從站發(fā)送寫入請(qǐng)求會(huì)發(fā)生什么？

有兩種方法可以處理這種情況

• 不允許對(duì)從站的寫請(qǐng)求，從站無(wú)法寫入數(shù)據(jù)庫(kù)，它只能去讀從庫(kù)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(fù)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(gòu)而是主主架構(gòu)

主主架構(gòu)的問(wèn)題

網(wǎng)絡(luò)故障可能會(huì)導(dǎo)致主主架構(gòu)中的數(shù)據(jù)不一致。

讓我們用一個(gè)例子來(lái)理解這一點(diǎn)，假設(shè)我們有兩個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)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(rèn)為 B 離線，B 認(rèn)為 A 離線。
• 他們有一個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng) X，其值最初為 100。

現(xiàn)在用戶發(fā)送以下請(qǐng)求，

• X 減去 20，該請(qǐng)求被路由到 A，此時(shí) A 中 X 的值為 80。
• X 減去 80，這個(gè)請(qǐng)求被路由到 B（因?yàn)槎际?master，所以寫請(qǐng)求可以路由到任何數(shù)據(jù)庫(kù)）?，F(xiàn)在 B 中 X 的值為 20。

由于存在通信故障，A 和 B 無(wú)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(qǐng)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(kù)。

這個(gè)問(wèn)題被稱為裂腦問(wèn)題。

解決裂腦問(wèn)題

解決裂腦問(wèn)題

我們可以通過(guò)添加第三個(gè)節(jié)點(diǎn)（數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)例）來(lái)解決裂腦問(wèn)題。

這里我們假設(shè)一個(gè)節(jié)點(diǎn)崩潰以及其他兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的路由器崩潰的可能性極小。

讓我們考慮三個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)例 A、B 和 C。

• 如果 C 崩潰，A 和 B 是主庫(kù)并且它們是同步的。所以他們處于一致的狀態(tài)。當(dāng) C 在線時(shí)，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(dāng) A 收到寫入請(qǐng)求時(shí)，它將其狀態(tài)傳播到 C。最初狀態(tài)為 S0，然后轉(zhuǎn)移到 Sx。所以現(xiàn)在 A 和 C 都有 Sx。
• 當(dāng) B 收到寫入請(qǐng)求時(shí)，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?yàn)?B 的先前狀態(tài)不等于 C?，F(xiàn)在 B 中止寫入請(qǐng)求并將其狀態(tài)更新為 Sx。現(xiàn)在 B 可以接受寫入請(qǐng)求并將更改傳播到 C。

這稱為分布式共識(shí)。多個(gè)節(jié)點(diǎn)就特定值達(dá)成一致。在這種情況下，A、B 和 C 在最終狀態(tài)上達(dá)成一致。

最后

感謝您的閱讀，希望本文能對(duì)你理解分布式架構(gòu)中的數(shù)據(jù)復(fù)制有所幫助。