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一致性模型

一致性模型规定并发操作允许观察到的结果。本文讲解线性、顺序、因果和会话保证，并分析 Quorum。

1. 面试核心​

先记住这几条，再读正文
  • 线性一致性。 线性一致性让每次操作原子生效，并保留非重叠操作的实时顺序。
  • 顺序一致性。 顺序一致性保留全局排列和客户端程序顺序，弱化跨客户端实时要求。
  • 因果与会话保证。 因果一致性保留依赖顺序，会话保证约束单个会话的观察。
  • Quorum 交集。 W+R>N 保证固定副本集合的读写交集，协议还需约束版本。卡 · 线性一致性
  • 事务隔离。 可串行化约束整个事务，严格可串行化再加入实时顺序。卡 · 可串行化与原子操作

2. 线性一致性​

按岗选学卡 · Quorum 的 W + R > N 为什么仍不能单独证明线性一致卡 · 每次读写都线性一致，为什么两个客户端加一仍会丢更新？

每次操作可视为在调用与返回之间某刻生效。若写已返回，之后开始的读需看到该写或更新结果。重叠操作可按任一符合对象语义的顺序排列。

线性一致适合锁、配置和唯一所有权等协调状态。多个独立操作仍有各自的生效点。

2.1 可串行化与原子操作​

可串行化要求事务效果等价于某种串行执行。事务可以包含多个对象的读写。严格可串行化再要求该顺序尊重实时先后。

单次读和写都线性一致，也会发生先读后写竞态。例如，A、B 都读到计数 0，再各自写入 1。所有调用都可合法排序，但两次加一只得到 1。

原子 increment、CAS 重试或可串行化事务可保护整体动作。需要什么保证，取决于操作的边界。

3. 顺序一致性​

全部操作可以排成共同顺序。该顺序保留每个客户端的程序顺序。不同客户端之间的实时先后则可被重排。

因此，另一个客户端稍后发起的读，可以排在已返回的写之前。需要实时协调时，应选择更明确的线性一致语义。

4. 因果一致性​

若回复依赖原帖，观察回复时应已能观察原帖。彼此无依赖的并发更新可在不同副本上按不同顺序出现。

版本向量和因果上下文可跟踪依赖。并发版本仍需合并规则。

5. 会话保证​

单个会话可获得以下保证：

  • 读己之写让用户读到自己已经完成的更新。
  • 单调读让后续读取保持或推进版本。
  • 单调写保留会话内的写入顺序。
  • 写随读保留读取内容对后续写入的因果依赖。

会话版本 token 可要求目标副本追平。粘性副本也需在切换时传递进度。仅固定地址不足以覆盖副本故障。

6. 最终一致性​

停止更新且传播恢复后，可用副本最终收敛。该定义没有固定的收敛时限。工程上还需设置传播目标与监控。

LWW 可丢弃并发更新中的一个版本。计数或集合可选择适合的可合并结构。收敛结果是否符合业务规则，需要单独验证。

7. Quorum​

按岗选学卡 · W=2、R=2、N=3 时，部分写入怎样造成连续读取回退？

设固定副本集合大小为 N，写等待 W 个副本，读查询 R 个副本。满足 W+R>N 时，读集合与已确认写集合相交。W>N/2 则让两个写集合相交。

交集提供信息来源。读协议仍需选择版本，并处理部分成功的写入。线性一致实现可以有 Leader，也可以采用无主原子寄存器协议。

7.1 部分写入与读回退​

假设 N=3，W=2，R=2，初值为 0。写入 1 只到 A，写请求尚未完成。读请求一查询 A、B，并返回最大版本 1。随后读请求二查询 B、C，却返回 0。

两次读都满足 R=2，但观察发生回退。若第一次读把未完成写视为已经生效，第二次就应保留该结果。

原子寄存器协议可通过读回写等机制保护观察结果。sloppy quorum 则会借用固定集合之外的节点。它连固定集合的交集前提也会改变。

8. Leader 的领导权确认​

旧 Leader 在失联后仍会认为自己有效。线性读取需要新的领导权证据，并等待状态机应用到安全位置。具体读屏障见Raft。

异步副本可提供陈旧读。只等待一个历史提交位置，可提供对应的会话保证。要线性读取，还需获取本次读的安全依据。

9. CAP 与一致性​

按岗选学卡 · Quorum 的 W + R > N 为什么仍不能单独证明线性一致

分区下同时保证线性一致与全节点可用受到CAP 理论约束。事务业务约束与副本观察语义应分别描述。

10. 常见问题​

10.1 强一致的具体含义​

“强一致”需落实为具体保证。线性一致、可串行化、同步复制和读己之写各有边界。设计文档应说明实际允许的操作历史。

10.2 多数读取与版本选择​

11 · 面试题卡片​

先想答案，再翻面先在心里答一遍，再点开卡片对照参考回答。卡片之间可以左右切换，看完会回到这里。
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线性一致性按岗选学
Quorum 的 W + R > N 为什么仍不能单独证明线性一致
字节跳动百度美团滴滴
考察 3 点 · 相关 §2 §9
可串行化与原子操作按岗选学
每次读写都线性一致，为什么两个客户端加一仍会丢更新？
本站自测
考察 1 点 · 相关 §2.1
部分写入与读回退按岗选学
W=2、R=2、N=3 时，部分写入怎样造成连续读取回退？
本站自测
考察 1 点 · 相关 §7.1

11.1 Quorum 的 W + R > N 为什么仍不能单独证明线性一致​

出现公司：字节跳动、百度、美团、滴滴

考察重点

  • 线性、顺序、因果、会话与最终一致。
  • Quorum 交集、版本选择和结果未知。
  • Leader 任期、读确认和 CAP 分区选择。

相关内容：线性一致性至CAP 与一致性。

参考回答

W+R>N 只保证固定副本集合中读写相交，线性一致性还要求协议正确处理版本、并发和未完成写入。

例如，新值只写到 A 时，第一次读 A、B 选出新值，第二次读 B、C 却返回旧值，就发生读回退。

协议需让整段操作历史符合实时顺序，并约束读确认和成员变化。Leader、读回写等经过证明的协议可实现这些约束，仅有 W、R、N 三个数字还不够。

11.2 每次读写都线性一致，为什么两个客户端加一仍会丢更新？​

出现公司：暂无已核验的公开来源（本站自测）

考察重点：操作边界、CAS 与事务可串行化。

相关内容：可串行化与原子操作。

参考回答

读和写是两个独立操作，整体加一并未原子化。

两个客户端都读到 0，再各自写入 1，符合单次调用的线性一致性。整体加一需用原子 increment、CAS 重试或合适的事务隔离。

11.3 W=2、R=2、N=3 时，部分写入怎样造成连续读取回退？​

出现公司：暂无已核验的公开来源（本站自测）

考察重点：未完成写、读回写与交集前提。

相关内容：部分写入与读回退。

参考回答

写入 1 只到 A 时，读 A、B 可选出 1。

稍后读 B、C 仍会得到 0。交集 B 没有新值，无法保留前一次观察。安全协议需处理这种未完成写，例如在返回前读回写到法定集合。

12. 参考资料​

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有对应面试题卡片