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想象一下，您想從ATM取款。您希望它能夠正確顯示您的帳戶余額并快速處理您的請求。然而，網絡延遲使得系統(tǒng)很難同時滿足這兩個簡單的期望。如果ATM系統(tǒng)試圖實現(xiàn)高“一致性”，這意味著它通過檢查遠程數(shù)據(jù)庫來顯示最新的賬戶余額，它可能會讓您等待甚至阻止您在繁忙時間訪問您的賬戶。

另一方面，如果ATM系統(tǒng)傾向于“可用性”，它可以讓您快速訪問您的帳戶，但存在顯示不準確信息的風險。為避免不良結果，設計ATM系統(tǒng)和其他分布式系統(tǒng)需要做出明智的權衡。

為了幫助系統(tǒng)設計人員做出這些權衡，來自加州大學伯克利分校和德累斯頓技術大學的一組研究人員發(fā)現(xiàn)了一致性、可用性和網絡延遲之間的簡單代數(shù)關系。這項研究發(fā)表在《智能計算》上。

研究人員將這種代數(shù)關系稱為一致性-可用性-表觀延遲定理;它將一致性、可用性和表觀延遲量化為時間間隔。CAL定理建立在EricBrewer著名的一致性-可用性-網絡分區(qū)定理之上。

CAP定理讓系統(tǒng)設計者在發(fā)生網絡故障時預先選擇犧牲一致性、可用性或兩者，而CAL定理允許系統(tǒng)設計者根據(jù)情況調整他們的選擇——一種支持“具有明確陳述假設的嚴格設計”的方法”

嚴格的設計對于控制連接設備(例如工廠機器人、醫(yī)療設備和安全系統(tǒng))的復雜網絡的分布式系統(tǒng)至關重要，這些設備在不同節(jié)點具有不同的延遲并且容易出現(xiàn)網絡故障。使用CAL定理和LinguaFranca協(xié)調語言(一種允許程序員指定不同節(jié)點應如何相互交互的強大工具)，系統(tǒng)設計人員可以對復雜網絡進行建模并使用結果來定制分布式系統(tǒng)以提高可靠性和效率。

研究人員使用一個簡單的ATM網絡來跟蹤余額和處理交易，從而證明了他們的方法的有效性。他們使用CAL定理對ATM網絡建模，并根據(jù)使用LF協(xié)調語言指定的最低一致性和可用性要求得出網絡延遲的界限。

保持在這些范圍內，他們能夠通過做出有關軟件放置的決策以及一致性和可用性之間的權衡來優(yōu)化網絡設計。在現(xiàn)實世界中，這種優(yōu)化可能是實現(xiàn)業(yè)務目標所必需的。

研究人員還展示了在部署此類系統(tǒng)后如何檢測和處理違反網絡延遲要求的情況。借助LF協(xié)調語言提供的內置故障處理程序，系統(tǒng)設計人員可以選擇犧牲一致性或可用性并“優(yōu)雅地處理此類故障”。

此外，研究人員基于CAL定理實現(xiàn)了兩個協(xié)調擴展——一個集中式和一個分散式——支持隨著網絡延遲的變化在一致性和可用性之間進行靈活的權衡。集中式協(xié)調機制優(yōu)先考慮一致性，而分散式協(xié)調機制優(yōu)先考慮可用性?？梢愿鶕?jù)上下文的需要定制采用這些機制的系統(tǒng)。