这是悟空的第 86 篇原创文章
本文主要内容：
最近三个月更新了 8 篇分布式理论和算法的文章，发现这些知识点虽然有一丢丢小枯燥，但是非常重要，于是每篇我都用故事的方式进行讲解，力求每篇都能让大家都能看懂，是不是很用心呢？
在写的过程中，我慢慢地悟出了分布式理论和算法的真谛，且听下文分解。
重要性
分布式理论和算法的重要性体现在哪呢？
你是不是经常听到 CA，AP 理论，CAP 三角不可能同时达成？
Zookeeper 怎么进行 Leader 选举的？
怎么进行容错？
这些问题的答案都是分布式理论和算法的精髓所在。而且说个很现实的问题，在现阶段，掌握分布式算法也是出去面试架构师、技术专家等高薪职位时，也是会被经常问到的。但是求职者中只有少部分懂这一块。
我为什么要强调分布式算法的重要性？不论是对技术深度的追求，还是长期职业发展的需要，都是可以提升你的核心竞争力的。
好学吗？
现在很多开发同学对分布式的组件怎么使用都有一定经验，也知道 CAP 理论和 BASE 理论的大致含义。但认真去看分布式算法的真的很少，原因有三：
- 担心算法过于复杂，所以花的时间很少。
- 网上的资料能用大白话将分布式算法讲清楚的比较少。
- 学习分布式算法没有一条清晰的路线。
学习分布式协议和算法的路线可以是先学习四大基础理论，作为地基。然后再学习分布式协议和算法。就像是在地基上建房子，地基打好了，才能建更稳固的高楼大厦。
而分布式理论主要有四大块：
四大基础理论
- 拜占庭将军问题
- CAP 理论
- ACID 理论
- BASE 理论
分布式协议和算法主要有八种：
八大分布式协议和算法
- Paxos 算法
- Raft 算法
- 一致性 Hash 算法
- Gossip 协议算法
- Quorum NWR 算法
- FBFT 算法
- POW 算法
- ZAB 协议
如何高效地学习和掌握？
开发分布式系统最关键的就是根据场景特点，选择合适的算法，在一致性和可用性之间妥协折中，而如何做好折中方案，依赖于是否真正理解了各算法的特点。
讲真，如果认真学习这些理论和算法，并清楚了每个算法的特点，适合怎样的场景，当开发分布式系统时，做到知己知彼，才能旗开得胜，实际场景中的问题也能分析清楚并解决掉。
那么这些算法有哪些特点和适用场景，该从哪些方面考量？
分布式算法的四大维度
四大维度：拜占庭容错、一致性、性能、可用性。
这里我做了一个分布式算法四大维度的表格，大家可以对比下：
拜占庭容错
拜占庭容错就是《拜占庭将军问题》中提出的一个模型，该模型描述了一个完全不可信的场景。不可信体现在：
- 故障行为。比如节点故障了。
- 恶意行为。比如恶意节点冒充正常节点，发出错误指令。
拜占庭容错的另外一面就是非拜占庭容错，又叫故障容错，解决了分布式系统存在故障，但是不存在恶意节点共识的问题，譬如节点所在服务器硬件故障、节点的服务进程崩溃等。
非拜占庭容错算法
在可信的环境，只需要具有故障容错能力，譬如 2PC、TCC、Paxos算法、Raft 算法、Gossip 协议、Ouorum NWR 算法、ZAB 协议。
拜占庭容错算法
而在不可信的环境，需要具有拜占庭容错能力，报错 POW 算法、FBFT 算法。
一致性
一致性分为三种：
- 强一致性：保证写操作完成后，任何后续访问都能读到更新后的值。
- 弱一致性：写操作完成后，系统不能保证后续的访问都能读到更新后的值。
- 最终一致性：保证如果对某个对象没有新的写操作，最终所有后续访问都能读到相同的最近更新的值。
在数据库操作层面，我们多使用二阶段提交协议（2PC）保证强一致性。在分布式系统中，多使用 Raft 算法来保证强一致性。如果考虑可用性，则使用 Gossip 协议实现最终一致性，配合 Quorum NWR 算法的三个参数来调节容错能力。而 zookeeper 基于读性能的考虑，通过 ZAB 协议提供最终一致性。
可用性
可用性表示能得到响应数据，但不保证数据最新，强调服务可用。前提条件：访问的是非故障节点。
可用性最强的就是 Gossip 协议了，即时只有一个节点，集群可以提供服务。然后是 Paxos/Raft/ZAB/Quorum NWR/FBFT/POW 算法，能够容忍部分节点故障。
而 2PC、TCC 要求所有节点都正常运行，系统才能正常工作，可用性最低。
性能
性能和可用性联系非常紧密，可用性越高，性能越强。
上面可用性的排序同样适用于性能维度。Gossip 协议可用于 AP 型分布式系统，水平扩展能力强，读写性能最强。
Paxos/Raft/ZAB/Quorum NWR/FBFT/POW 算法都是领导者模型，写性能依赖领导者，读性能依赖一致性的实现。性能处于中等位置。
而 2PC、TCC 实现事务时，需要预留和锁定资源，性能较差。
学习路线
第一讲：拜占庭将军问题
必须先把拜占庭将军问题弄懂，这篇我用三国杀卡牌游戏中的四种身份牌来讲解了拜占庭将军问题。
《用三国杀讲分布式算法，舒适了吧？》
第二讲：CAP、BASE、ACID 理论
是针对 CAP、BASE、ACID 三大理论的讲解，文中我用太极拳中的刚和柔来比喻 ACID 和 BASE，而如何平衡刚和柔就需要 CAP 理论了。
《用太极拳讲分布式理论，真舒服！》
第三讲：Paxos 算法
为了更好地理解 Paxos 算法，我用三国演义中的诸葛亮和庞统两种角色充当提议者对 Paxos 算法的细节进行了分析。
《诸葛亮 VS 庞统，拿下分布式 Paxos》
第四讲：Raft 算法
Raft 算法其实比较好理解，但是直接描述出来会让人云里雾里，所以我借助了动图，用动图模拟 Raft 算法的选举过程，轻松易懂。
《用动图讲解分布式 Raft》
第五讲：一致性哈希
这个也算作分布式算法中的一种，常用在负载均衡、路由寻址中。该算法理解起来不难，但比较枯燥，所以我用韩信点兵的故事来进行讲解，诙谐有趣。
《韩信大招：一致性哈希》
第六讲：Gossip 协议
Gossip 的英文单词就是流言蜚语，具有传染性，所以我用一个传染性病毒的故事进行讲解，既可以学习分布式算法又可以了解病毒知识，一举两得。
《病毒入侵：全靠分布式 Gossip 协议》
第七讲：Quorum NWR
N、W、R 这三个参数，比较晦涩，为了让大家更容易理解，我用太上老君的炼丹炉比作节点，丹炉里面的药比作数据，用炼造过程来体现 NWR 这三个参数，更加形象化。
《太上老君的炼丹炉之分布式 Quorum NWR》
第八讲：POW 算法
在学习 POW 算法时，牵扯到区块链的知识，于是我就去看了一本区块链的书《区块链：从数字货币到信用社会》，一本科普书，对我了解区块链、比特币帮助很大。而区块链中用到的核心知识之一就是 POW 算法，也叫做工作量证明。我用紫霞仙子和至尊宝的故事对区块链、比特币、工作量证明进行了讲解，诙谐有趣。
《紫霞仙子：顶得住区块链的十二连问吗？》
对了，FBFT 和 ZAB 协议还没有给大家讲解，后续可能得过一段时间才能补上，因为有很多读者朋友在催更我的开源项目 PassJava，所以得去倒腾开源项目了。
另外我将这八篇内容整理成了一份 PDF 文档，总共 2W 字，在公众号后台回复：【分布式】三个字即可获取。
分布式算法 PDF 1.0
文中插图
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