为何不具备关系型数据库的ACID特性能提升非关系型数据库性能？

为什么放松ACID特性能提升分布式集群数据库的性能与扩展性 #

传统单机关系型数据库实现完整ACID特性，只需要依赖本地锁、事务日志、内存缓冲就能完成，几乎没有跨节点通信开销。但当数据库部署到多服务器集群时，数据拆分存储在不同节点、事务需要跨多节点执行的场景下，完整ACID的强保证需要极高的跨节点协调成本，这恰恰是性能和扩展能力的核心瓶颈。放松ACID特性本质上是砍掉不必要的同步开销，来换取更高的吞吐和更大的集群规模：

1. 放松*原子性（Atomicity）*要求 #

• 要保证分布式事务的完全原子性，必须引入两阶段提交（2PC）、三阶段提交（3PC）这类协调协议，整个事务的提交延迟取决于最慢的节点响应，还需要至少两次跨节点网络往返，一旦某个节点超时，整个事务就要全部回滚。集群节点越多，事务失败概率越高，吞吐量越低。
• 放弃完全原子性，改用最终一致性、幂等写入、事务补偿这类机制，就能完全砍掉2PC的多轮同步开销，单节点写入不需要等其他节点确认，吞吐量可以线性提升，新增节点也不需要额外的事务协调成本，扩展能力大幅增强。

2. 放松*一致性（Consistency）*要求 #

• 强一致性要求所有节点的数据视图在任何时刻完全一致，每次写入必须同步到所有副本之后才返回成功，读取也必须访问最新副本，哪怕是跨机房部署也必须同步完成才算写入成功，延迟会非常高，而且副本数量越多写入性能越差。
• 改成最终一致性、会话一致性这类弱一致性模型，写入只需要同步1个或少数几个副本就返回，剩下的副本后台异步同步，写入延迟能降到和单机数据库接近的水平，副本数量扩展也不会影响写入性能，集群规模可以做到几千上万个节点。

3. 放松*隔离性（Isolation）*要求 #

• 最高的可串行化隔离级别需要在分布式场景下加全局锁、维护分布式快照，读写请求会被大量阻塞，并发度上不去，集群节点越多，锁冲突的概率越高，整体性能会雪崩式下降。
• 降低隔离级别到读已提交甚至读未提交，或者改用乐观锁、轻量级MVCC的弱隔离实现，不需要维护全局锁状态，读写冲突概率大大降低，并发吞吐量可以提升几十上百倍，集群扩容时也没有额外的全局状态同步成本，扩展更加顺畅。

4. 放松*持久性（Durability）*要求 #

• 强持久性要求每次写入必须落到所有副本的磁盘上才返回成功，磁盘IO本身就是性能瓶颈，跨节点多副本刷盘的开销会把写入吞吐量压到非常低的水平。
• 放弃强持久性，改成写内存缓存就返回，后台异步刷盘、异步同步到其他副本，写入性能可以提升几个数量级，只要做好幂等和重试机制，多数业务场景下的异常丢数据概率完全可以接受。

实际生产中很少有数据库完全放弃所有ACID特性，大多是根据业务场景选择性放松某几个特性，比如文档数据库默认写主节点成功就返回，放松了多副本一致性和持久性，消息队列则放松了事务原子性和隔离性，来满足高吞吐、高扩展的需求。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者jimmy