面试题：分布式系统中分布式数据库 ACID 特性的创新解决方案权衡

Question

假设你正在设计一个分布式数据库，针对 ACID 特性中的隔离性，提出两种创新的解决方案，并详细分析每种方案在性能、可用性以及实现复杂度方面的权衡。

Answer 1

方案一：基于全局时间戳的乐观隔离

1. 实现方式：
   • 为每个事务分配一个全局唯一的时间戳。在事务读取数据时，记录当前数据版本的时间戳。在事务提交时，检查自读取数据以来，数据是否被其他事务修改（通过比较数据版本时间戳与事务开始时间戳）。如果没有被修改，则事务提交成功；否则，事务回滚。
2. 性能：
   • 优点：读操作性能较高，因为读操作不需要获取锁，只需要记录时间戳，减少了锁竞争带来的开销。适合读多写少的应用场景。
   • 缺点：写操作可能会因为数据已被修改而导致回滚，在写操作频繁的场景下，性能会受到影响。
3. 可用性：
   • 优点：读操作不会阻塞写操作，写操作也不会阻塞读操作，提高了系统的并发可用性。
   • 缺点：如果事务回滚频繁，可能会降低系统整体的可用性，因为需要重新执行事务。
4. 实现复杂度：
   • 优点：实现相对简单，不需要复杂的锁管理机制。
   • 缺点：需要一个可靠的全局时间戳生成服务，确保时间戳的唯一性和顺序性，这在分布式环境中可能有一定的挑战。

方案二：分层隔离策略

1. 实现方式：
   • 将数据按照访问频率和重要性进行分层。对于高频访问且对一致性要求不高的数据，采用较弱的隔离级别（如读未提交）；对于低频访问且对一致性要求高的数据，采用较强的隔离级别（如可串行化）。
   • 例如，将系统中的热门商品库存数据放在高频层，采用读未提交隔离级别，而用户账户余额数据放在低频层，采用可串行化隔离级别。
2. 性能：
   • 优点：对于高频访问的数据采用较弱隔离级别，减少了锁竞争，提高了系统整体性能。
   • 缺点：不同隔离级别之间的数据交互可能会带来额外的性能开销，需要进行额外的同步和一致性处理。
3. 可用性：
   • 优点：高频数据的较弱隔离级别提高了并发访问的可用性，确保了系统在高并发下的响应能力。
   • 缺点：低频数据采用强隔离级别可能会导致部分操作阻塞，在一定程度上影响可用性。不过由于低频数据操作频率低，总体影响相对较小。
4. 实现复杂度：
   • 优点：可以基于现有的隔离级别实现，不需要引入全新的隔离机制。
   • 缺点：数据分层需要深入了解业务，合理划分数据层难度较大。同时，不同层之间的数据一致性维护较为复杂。