解讀區(qū)塊鏈，分布式系統(tǒng)的時(shí)間順序

區(qū)塊鏈被認(rèn)為是分布式的系統(tǒng)，分布式系統(tǒng)中由于多節(jié)點(diǎn)，通訊、物理位置等的問(wèn)題，各節(jié)點(diǎn)間時(shí)間一致的問(wèn)題隨即也被提了出來(lái)，那么怎么處理分布式系統(tǒng)中的一致性問(wèn)題，這里簡(jiǎn)單介紹下：分布式系統(tǒng)的時(shí)間順序問(wèn)題。如有解釋錯(cuò)誤或者不明，請(qǐng)及時(shí)提出指正。

分布式系統(tǒng)，最簡(jiǎn)單理解有多個(gè)服務(wù)節(jié)點(diǎn)，客戶端發(fā)出請(qǐng)求，服務(wù)節(jié)點(diǎn)之間通訊，順序記錄更新服務(wù)器數(shù)據(jù)和日志。

那么用戶1-2和服務(wù)器節(jié)點(diǎn)A-B-C的時(shí)間有可能都是不一樣的，那么這個(gè)請(qǐng)求數(shù)據(jù)的記錄是怎么排序和處理。Lamport（對(duì)！又是這位大神，2013圖靈獎(jiǎng)）1978年提出一個(gè)logical clock的概念。

分布式系統(tǒng)中的時(shí)間問(wèn)題，如果簡(jiǎn)單去想，那么通過(guò)NTP時(shí)間同步，所有節(jié)點(diǎn)都通過(guò)去同步時(shí)間，然后根據(jù)進(jìn)程發(fā)起的物理時(shí)間來(lái)排序，先不論時(shí)間同步中同步過(guò)程中的細(xì)微毫秒級(jí)差異，多個(gè)業(yè)務(wù)發(fā)起進(jìn)程，在各個(gè)進(jìn)程之間有關(guān)聯(lián)關(guān)系，進(jìn)程隨著系統(tǒng)計(jì)算能力有差異，并且還有檢查點(diǎn)的判斷，一旦在順序進(jìn)程中出現(xiàn)了前物理時(shí)間某進(jìn)程改變了檢查點(diǎn)，那么在認(rèn)為是同步處理的時(shí)候就會(huì)出現(xiàn)檢查點(diǎn)狀態(tài)改變導(dǎo)致業(yè)務(wù)邏輯的改變，這種情況理解下就是你在購(gòu)物網(wǎng)站搶購(gòu)的時(shí)候，貨物剩余量在你發(fā)起交易的時(shí)候還有，但是確認(rèn)過(guò)程由于網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算的延時(shí)，發(fā)現(xiàn)分布式系統(tǒng)中一邊是交易已正常請(qǐng)求，但是實(shí)際貨物記錄中已下架。引入logical clock能較好的處理這種系統(tǒng)記錄邏輯混亂的現(xiàn)象。

Logical clock稱為lamport timestamps，這種概念里，先把分布式系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)間交互分成三種類型：

1.分布式單個(gè)節(jié)點(diǎn)自己內(nèi)部傳遞的事件。

2.分布式節(jié)點(diǎn)互相之間傳遞的事件。

3.分布式節(jié)點(diǎn)接收除自己之外的傳遞進(jìn)來(lái)的事件。

同時(shí)再加一個(gè)邏輯時(shí)間順序概念。

順序疊加原則：這里整個(gè)系統(tǒng)順序邏輯時(shí)間時(shí)間為T（）,各個(gè)節(jié)點(diǎn)順序?yàn)閄（）

1.初始發(fā)起節(jié)點(diǎn)為0.

2.節(jié)點(diǎn)內(nèi)傳遞，X 1

3.節(jié)點(diǎn)間傳遞，T 1

4.節(jié)點(diǎn)接收除自己之外的傳遞（T and X） 1

那么如果再定義一個(gè)節(jié)點(diǎn)事件順序，對(duì)節(jié)點(diǎn)A.B.C排序。假定發(fā)生順序A<B<C，在上圖中，事件發(fā)生順序?yàn)椋?/span>

C-1(T=1)  B-1(T=2)  B2(T=3)  A1(T=4)  A2(T=5)  B4(T=6)  B5(T=7)  C4(T=8)  C5(T=9)  A4(T=10)

B-3(T=4)  C-2(T=5)  C-3(T=6)  A-3(T=7)

問(wèn)題來(lái)了T（4.5.6.7）發(fā)生了重復(fù)，那么就用之前說(shuō)的A<B<C原則

以B-4和C-3作比較：A<B<C，那么B-4就理解為發(fā)生在C-3之前。推導(dǎo)B-4-->C-3。B-4發(fā)生在C-3之前。這個(gè)前提是我們已知三個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)程發(fā)生的關(guān)系順序，在實(shí)際情況下這個(gè)也有可能是很難進(jìn)行判斷的。所以對(duì)于并發(fā)情況沒(méi)有很好的一致性判斷。

上述圖中節(jié)點(diǎn)A.B.C也可理解為各個(gè)進(jìn)程的順序，在整個(gè)logiccal clock中有這么一個(gè)概念要明確，進(jìn)程間沒(méi)有因果關(guān)系，那就認(rèn)為是并發(fā)，沒(méi)有因果關(guān)系對(duì)于系統(tǒng)來(lái)說(shuō)對(duì)事件的順序前后就沒(méi)有那么強(qiáng)烈的需求，前提是要確定確實(shí)沒(méi)有因果關(guān)系，那么分布式系統(tǒng)中就認(rèn)為是正確的。所以歸納下，分布式系統(tǒng)中沒(méi)有因果順序的并發(fā)時(shí)間就不關(guān)注先后順序。

介紹到這里，會(huì)提出一個(gè)疑問(wèn)，上面也提到了，那么系統(tǒng)中并發(fā)怎么處理，之前通過(guò)進(jìn)程順序來(lái)排序，但是這種不是真正好的為并發(fā)處理時(shí)間順序，在這個(gè)問(wèn)題上先提出Vector clock，這是在之前l(fā)amport時(shí)間戳的一種改進(jìn)邏輯時(shí)鐘。

在vector clock中對(duì)每一個(gè)事件上加上前一事件的序號(hào)，那么可以看到每個(gè)事件記錄是一組向量。比如：（A-2 B-4 C-1）,（A-2 B-5 C-4）。

在這種方式中，還要引入分布式系統(tǒng)中讀寫的概念，不單單是事件的傳遞，設(shè)定N為節(jié)點(diǎn)數(shù)量，R為成功讀的節(jié)點(diǎn)，W為成功寫的節(jié)點(diǎn)。

當(dāng)W R>N，那么就可以保證一致。

說(shuō)明流程：（w為寫入進(jìn)程，a，b，c，d為節(jié)點(diǎn)）

1.客戶端寫入數(shù)據(jù)，提交到服務(wù)端。

2.服務(wù)端創(chuàng)建一個(gè)順序編號(hào)，例：（w-a-1）

3.客戶端再請(qǐng)求寫入數(shù)據(jù)，生成編號(hào)：（w-a-2）

4.多次請(qǐng)求生成，（w-a-2）（w-b-1），（w-a-2）（w-b-1），（w-a-2）（w-d-1）

5.多次請(qǐng)求后，再次讀到（w-a-2），那么認(rèn)為（w-b-1）（w-c-1）（w-d-1）存在沖突，最終通過(guò)一致性解決方案生成（w-a-3）（w-b-1）（w-b-1）（w-d-1）寫入。

Vector clock用來(lái)發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)的沖突，并配合其他的方式來(lái)解決沖突，現(xiàn)在常用的會(huì)用最后更新原則來(lái)做處理，保持一致性。

這里大致介紹了兩種分布式系統(tǒng)的時(shí)間順序處理，分布式系統(tǒng)因?yàn)槠涮厥庑?，需要各種機(jī)制來(lái)保證一致性和高效率執(zhí)行。

筆者初學(xué)區(qū)塊鏈，很多東西也是慢慢摸索，之所以寫下這些基本概念一方面作為自己學(xué)習(xí)的整理，另一方面也希望更多交流學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)。如有興趣可以直接給我留言或者加筆者微信。