Tutarlılık Seviyeleri ve Quorum — CAP'ı Doğru Okumak

Sepete eklenen ürün, sayfa yenilenince kayboluyor, bir daha yenilenince geri geliyordu. Cassandra kümesi sağlıklıydı; bütün düğümler ayaktaydı. Uygulama her şeyi ONE seviyesinde yazıp okuyordu.

CAP ne diyor, ne demiyor?

CAP?Terimin tanımını açCAPAğ bölündüğünde dağıtık bir sistemin ya tutarlılıktan ya erişilebilirlikten vazgeçmek zorunda olduğunu söyleyen teorem.PACELC bunu tamamlar: bölünme yokken de her istekte gecikme ile tutarlılık arasında bir seçim vardır.Sözlükte gör → çoğu zaman “tutarlılık, erişilebilirlik ve bölünme toleransından ikisini seç” diye özetlenir. Daha doğru okuma şudur: ağ bölünmesi olur; olduğunda ya eski olabilecek bir cevap verirsin ya da hiç cevap vermezsin.

PACELC bir adım daha ekler: bölünme yokken bile her istekte gecikme ile tutarlılık arasında seçim yaparsın. Kopyaları beklemek tutarlılık getirir, bedeli beklemektir.

Kaç kopyaya sormalı?

Okunan kopyalar ile yazmayı onaylayan kopyalar en az bir yerde kesişirse, okuma son yazmayı görür. Bunun koşulu R + W > N’dir. N = 3 için çoğunluk, yani quorum?Terimin tanımını açquorumKopyaların çoğunluğu. N kopyada okuma R, yazma W kopyadan cevap bekliyorsa ve R + W > N ise okuma son yazmayı mutlaka görür.Sözlükte gör →, 2’dir: QUORUM + QUORUM = 4 > 3.

Kendin gör

1. Varsayılanla oynat. ONE / ONE: yazma “tamam”, okuma v1.
2. İkisini QUORUM yap. Okuma v2; aritmetik bunu garanti ediyor.
3. Bir düğümü düşür. QUORUM hâlâ çalışıyor.
4. Yazmayı ALL yap. Aynı arızada yazma reddedildi.
5. İki düğümü düşür. QUORUM da ayakta kalamıyor.

Ayar nerede yapılır?

• Cassandra: tutarlılık seviyesi sorgu başına seçilir; çok veri merkezinde LOCAL_QUORUM yaygındır.
• MongoDB: yazmada writeConcern: "majority", okumada readConcern: "majority". Replica set’in çoğunluğu onaylamadan yazma kalıcı sayılmaz.
• İlişkisel veritabanları: aynı takas senkron ve asenkron replikasyon olarak karşına çıkar.

“Sonunda tutarlı” demek, eventual consistency?Terimin tanımını açeventual consistencySistemin bir süre tutarsız kalıp sonunda tutarlı hâle gelmesi. Saga'nın verdiği garanti budur; arada geçilen ara durumu tasarımın kabul etmesi gerekir.Sözlükte gör → demektir: yeni yazma olmazsa bütün kopyalar bir gün aynı değere ulaşır. Ne zaman ulaşacakları söz konusu değildir.

Şimdi bunu bir bankada deneyelim. Müşteri kartını kaybetti ve uygulamadan dondurdu; birkaç saniye sonra biri o kartla ödeme deniyor.

1
-- Cassandra. Three replicas in each data centre, so N = 3 inside one DC.
2
CREATE KEYSPACE cards
3
  WITH replication = {'class': 'NetworkTopologyStrategy', 'dc_istanbul': 3, 'dc_ankara': 3};
4

5
CREATE TABLE cards.card_status (
6
    card_token  text PRIMARY KEY,
7
    status      text,          -- ACTIVE, FROZEN, CLOSED
8
    daily_limit decimal,
9
    currency    text,
10
    changed_at  timestamp
11
);
12

13
-- In cqlsh, the level is set per session before trying a query by hand:
14
-- CONSISTENCY LOCAL_QUORUM;

1
@Repository
2
class CardStatusRepository {
3

4
    private final CqlSession session;
5
    private final PreparedStatement freeze;
6
    private final PreparedStatement status;
7

8
    CardStatusRepository(CqlSession session) {
9
        this.session = session;
10
        this.freeze = session.prepare(
11
                "UPDATE cards.card_status SET status = 'FROZEN', changed_at = ? WHERE card_token = ?");
12
        this.status = session.prepare(
13
                "SELECT status FROM cards.card_status WHERE card_token = ?");
14
    }
15

16
    // W = 2 of the 3 local replicas must acknowledge the freeze.
17
    void freeze(String cardToken, Instant at) {
18
        session.execute(freeze.bind(at, cardToken)
19
                .setConsistencyLevel(DefaultConsistencyLevel.LOCAL_QUORUM));
20
    }
21

22
    // R = 2 of the 3 local replicas answer: at least one of them saw the freeze.
23
    // This holds inside one DC; both calls are routed to the customer's home DC.
24
    boolean isFrozen(String cardToken) {
25
        Row row = session.execute(status.bind(cardToken)
26
                .setConsistencyLevel(DefaultConsistencyLevel.LOCAL_QUORUM)).one();
27
        return row != null && "FROZEN".equals(row.getString("status"));
28
    }
29
}

1
spring:
2
  data:
3
    mongodb:
4
      # Payment instructions: a write counts only once most of the replica set has it,
5
      # and reads return only majority-committed data.
6
      # w=majority is the default since MongoDB 5.0; readConcern still defaults to local.
7
      uri: mongodb://mongo-1,mongo-2,mongo-3/payments?replicaSet=rs0&w=majority&readConcernLevel=majority

1
@Repository
2
class FastCardStatusRepository {
3

4
    // W = 1: the freeze is "done" as soon as one replica has it.
5
    void freeze(String cardToken, Instant at) {
6
        session.execute(freeze.bind(at, cardToken)
7
                .setConsistencyLevel(DefaultConsistencyLevel.ONE));
8
    }
9

10
    // R = 1: the authorization may ask a replica the freeze has not reached yet.
11
    // R + W = 2, not greater than 3: the lost card can still pass, with every node healthy.
12
    boolean isFrozen(String cardToken) {
13
        Row row = session.execute(status.bind(cardToken)
14
                .setConsistencyLevel(DefaultConsistencyLevel.ONE)).one();
15
        return row != null && "FROZEN".equals(row.getString("status"));
16
    }
17
}

Tuzaklar

Veri merkezleri arası QUORUM. Her istek okyanus aşırı gidip gelir. Yerel çoğunluk (LOCAL_QUORUM) çoğu zaman doğru takastır.

Last-write-wins?Terimin tanımını açlast-write-winsÇakışan iki yazmadan zaman damgası büyük olanın kalması. Basittir, ama düğümlerin saatleri kaymışsa gerçekte daha yeni olan yazma kaybolabilir.Sözlükte gör →. Çakışan iki yazmada zaman damgası büyük olan kazanır; saatleri kaymış düğümlerde yeni bir yazma eskisine kaybedebilir.

ALL güvenli sanılır. Tek bir düğüm düşünce bütün istekler reddedilir.

Varsayılanlara güvenmek. Sürücünün ve kümenin varsayılan seviyesini kontrol et; çoğu zaman en zayıf olanıdır.

Kendini sına