Explicado!

Teorema CAP Explicado!

Atualmente existem mais de 300 bancos de dados no mercado, e você precisa escolher aquele que melhor atende sua necessidade.

Os projetistas desses bancos de dados fizeram uma importante decisão sobre como eles devem funcionar, e por isso é importante entender o mecanismo de funcionamento deles para você não errar na escolha.

Entendendo o Teorema CAP você terá uma visão mais clara sobre os tipos de bancos de dados disponíveis, e quais estão aderentes ao seu caso de uso.

Nesse post eu passo uma visão básica sobre o significado do Teorema CAP. Você também pode assistir meu video no YouTube:

Consistency, Availability and Partition Tolerance (CAP)

CAP significa Consistência [do inglês, Consistency], Disponibilidade [do inglês, Availability], e Tolerância a Partição [do inglês, Partition Tolerance].

Partition Tolerance significa que o banco de dados é distribuído em diversos servidores independentes [shared-nothing], em pares de leitura/escrita. Isso é importante, em especial, para aumentar a performance, já que quanto mais você espalha os dados em servidores diferentes, maior é o throughput [megabytes por segundo] de leitura e escrita. Partition Tolerance também significa que se um servidor estiver fora, todo o sistema de banco de dados continua funcionando, com exceção desta parte específica que apresentou a falha.

Você pode perguntar por que P é chamado exatamente de “Tolerância a Partição”. O entendimento de partição aqui é “falha”, e mais especificamente falha de rede, que impede que um servidor se comunique com outro servidor. Então quando um banco de dados tolera partição, significa que se houver falha na comunicação entre um servidor que escreve e sua réplica, o banco de dados não para de funcionar, pois poderá haver outros pares de leitura e escrita no cluster que não estão no caminho da rede que falhou.

Consistency implica em consistência de leitura, e significa que depois que uma informação é escrita, todas as leituras subsequentes vão enxergá-la, no mesmo servidor, ou em suas réplicas. Neste caso também dizemos que há consistência forte, porque todos enxergam a mesma versão da informação.

Availability significa sempre disponível para leitura ou escrita, e todas as requisições sempre retornam alguma informação, mesmo que ela esteja inconsistente – mas nunca retorna um erro. Isto é, pode ter havido alguma falha na rede e os pares de servidores leitura/escrita não se enxergam, mas ambos permanecem abertos e recebem operações, estando em estado eventualmente consistente. Por causa disso, também dizemos que há uma consistência eventual, porque não é certeza que todos enxergam a mesma versão da informação.

A Prova

O Teorema CAP foi provado, e ele diz que das três propriedades desejadas, apenas duas podem existir ao mesmo tempo para um par leitura/escrita.

Isso nos leva a três possibilidades que definem o mecanismo de funcionamento de um banco de dados.

CA – Consistency e Availability: são bancos de dados cujos dados não estão distribuídos, mas oferecem consistência, e também disponibilidade [porém, em geral através de failover, isto é, com downtime]. O Oracle RAC é o único atualmente que oferece tanto C como A “sem downtime” em um sistema de banco de dados que não tolera partição [shared-disk].

CP – Consistency e Partition Tolerance: são bancos de dados que oferecem consistência, isto é, os pares leitura/escrita sempre estão com os mesmo dados [consistentes], mas caso haja alguma falha na rede, ambos tornam-se indisponíveis: sacrificam a disponibilidade em favor da consistência.

AP – Availability e Partition Tolerance: são bancos de dados que oferecem disponibilidade, e sacrificam a consistência. Isto é, os pares leitura/escrita permanecem operantes quando há falha na rede. Notadamente, quando isto ocorre eles ficam em estado inconsistente, pois não há uma comunicação entre eles. A inconsistência pode ser resolvida quando a comunicação é reestabelecida.

Minha Opinião… e a Sua?

Primeiramente, a letra A do CAP implica em uma premissa que eu particularmente não concordo.

A significa sempre disponível para leitura e escrita, mas sabemos que disponibilidade é medida em 9s depois da vírgula, e nada é realmente 100%. Quanto mais rotas redundantes de rede, e mais réplicas dos dados, mais 9s de disponibilidade teremos depois da vírgula, mas nunca 100% como o teorema preconiza.

Um outro ponto é que potencialmente, salvo implementação específica de cada banco de dados, os sistemas AP sempre apresentam um estado de consistência eventual, mesmo sem falha/partição na rede. Isso ocorre porque a propagação dos dados entre o servidor de que escreve e o servidor de réplica é assíncrona. Desta forma uma leitura pode ocorrer antes que uma informação que acabara de ser escrita fosse transmitida pela rede até o servidor em questão. Considerando que atualmente falhas de rede são raras, e as redes de comunicação locais são rápidas, sistemas AP oferecem uma desvantagem permanente, e na minha visão, desnecessária, tornando-os nicho para necessidades muito específicas. Há uma tendência de mercado dos bancos de dados NoSQL migrarem para o paradigma CP.

Então antes de usar um banco de dados, em especial nesses tempos de micro-serviços e persistência poliglota, atente-se ao mecanismo que é implementado no banco de dados.

Requisitos de elasticidade e alto throughput para leitura e escrita exigem que o banco de dados seja tolerante a partições. E neste caso, se houver a necessidade de consistência forte, o banco de dados deverá ser CP, do contrário, escolha AP.

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