面试题：分布式系统中分布式数据库 ACID 特性之一致性挑战

Question

在分布式数据库环境下，数据可能分布在多个节点，网络延迟、节点故障等情况时有发生。请阐述一下这些因素是如何对 ACID 特性中的一致性产生挑战的，并简要说明一种常见的应对策略。

Answer 1

对一致性产生的挑战

1. 网络延迟 在分布式系统中，当一个数据更新操作发生时，需要将更新传播到多个节点以保证数据一致性。网络延迟可能导致部分节点接收更新的时间显著晚于其他节点，在这期间，不同节点上的数据状态不一致，这与一致性要求的所有节点数据状态保持一致相冲突。例如，在一个电商库存系统中，当库存数量更新时，由于网络延迟，部分节点的库存显示已更新，而其他节点仍显示旧的库存数量，这就影响了数据一致性。
2. 节点故障 节点故障可能导致数据无法及时同步。如果某个持有数据副本的节点发生故障，在其恢复之前，其他节点无法与其进行数据同步。例如，分布式文件系统中，一个存储文件副本的节点故障，其他节点在读取该文件时，可能获取到旧版本的数据，因为故障节点的更新没有同步过来，从而破坏了一致性。

常见应对策略 - 两阶段提交协议（2PC）

1. 准备阶段
   • 协调者向所有参与者发送事务预提交请求，并等待所有参与者的响应。
   • 参与者接收到请求后，执行事务操作，但不提交，然后向协调者反馈事务执行结果（成功或失败）。
2. 提交阶段
   • 如果所有参与者都反馈事务执行成功，协调者向所有参与者发送提交事务的请求，参与者收到请求后正式提交事务。
   • 如果有任何一个参与者反馈事务执行失败，协调者向所有参与者发送回滚事务的请求，参与者收到请求后回滚事务。通过这种方式，尽量保证所有节点要么都提交事务，要么都回滚事务，从而维护数据的一致性。但 2PC 也有一些缺点，比如单点故障（协调者故障可能导致整个事务无法继续）、同步阻塞（在等待参与者响应过程中，资源处于锁定状态）等。