面试题：分布式系统下CP与AP架构在实时金融交易系统中的应用

Question

实时金融交易系统对数据一致性和系统可用性要求极高。假设你正在设计一个分布式实时金融交易系统，在满足交易强一致性的同时，尽可能提高系统的可用性。请阐述你将如何选择CP或AP架构，并且说明在实际应用中，怎样处理网络分区、故障恢复等问题以平衡一致性和可用性。

Answer 1

1. CP 与 AP 架构选择

在分布式实时金融交易系统中，由于对数据一致性要求极高，应选择 CP（一致性 - 分区容错性）架构。虽然 AP（可用性 - 分区容错性）架构能在网络分区时保证可用性，但无法确保强一致性，而金融交易不能容忍数据不一致，如账户余额错误等情况。CP 架构优先保证数据一致性，在网络分区等情况下，会牺牲部分可用性以维持数据的一致性。

2. 处理网络分区问题

• 数据同步策略：当网络分区发生时，各分区内继续进行交易处理，但数据暂时无法同步到其他分区。待网络恢复后，采用分布式事务中的两阶段提交（2PC）或三阶段提交（3PC）协议进行数据同步。例如，在 2PC 中，协调者先向所有参与者发送准备消息，参与者准备好后回复同意，协调者收到所有同意消息后再发送提交消息，确保所有节点数据一致。
• 仲裁机制：引入仲裁节点，当网络分区发生时，各分区向仲裁节点发送状态信息。仲裁节点根据预先设定的规则，如多数投票原则，决定哪个分区的数据是有效的，并协调其他分区进行数据同步。

3. 故障恢复问题

• 备份与恢复：采用多副本机制，将交易数据在多个节点进行备份。当某个节点发生故障时，可从其他副本节点获取数据进行恢复。例如，使用 Paxos 或 Raft 等一致性算法来管理副本数据的一致性。
• 自动故障检测与切换：系统内置故障检测机制，定时检测节点状态。一旦发现节点故障，立即将其从集群中移除，并触发数据重新分配和恢复流程。同时，通知运维人员进行故障排查和修复。

4. 平衡一致性和可用性

• 柔性事务：在某些对一致性要求稍低的场景，如查询操作，可以采用柔性事务。即允许在一定时间内数据存在不一致，但最终会达到一致。例如，使用 TCC（Try - Confirm - Cancel）模式，在 Try 阶段预留资源，Confirm 阶段提交事务，Cancel 阶段回滚事务，以提高系统在高并发下的可用性。
• 分级处理：对交易进行分级，对于关键交易，如涉及资金转移的核心交易，严格遵循 CP 原则确保一致性；对于非关键交易，如某些统计类交易，可以适当放宽一致性要求，采用 AP 原则提高可用性。