CAP定理

CAP定理：分散システムにおけるトレードオフ

CAP定理、別名ブリュワーの定理は、分散コンピュータシステムにおいてデータの複製を行う際の、3つの重要な特性に関する定理です。現代のウェブサービスのような大規模システム設計において、その指針として広く認識されています。この定理は、同時には3つの特性全てを満たせないことを主張しています。

3つの特性

CAP定理が扱う3つの特性は以下の通りです。

一貫性（Consistency）: すべてのノードから読み出されたデータは常に最新の状態である、もしくはエラーを返す。全てのノードが常に同じデータを参照している状態を指します。
可用性（Availability）: 常に稼働しているノードが存在し、リクエストに対して応答を返す。システムの利用可能性を意味し、ノードの故障があっても、システム全体としては稼働し続けられる状態を指します。
* 分断耐性（Partition-tolerance）: ネットワークの切断など、通信障害が発生した場合でも、システムは継続して動作を続ける。ノード間の通信が断絶した場合でも、システムが正常に動作し続ける能力です。ネットワークの一部が分離しても、それぞれのグループは独立して機能し続ける必要があります。

定理の内容

CAP定理は、これらの3つの特性のうち、同時に2つ以上を満たすことは不可能だと主張しています。必ず1つを犠牲にする必要があるのです。これは、分散システム設計において、常にトレードオフを考慮する必要があることを意味しています。

各特性の組み合わせと例

以下の表は、CAP定理における各特性の組み合わせと、その例を示しています。

CAP定理の歴史

CAP定理は、2000年にエリック・ブリュワーによってPODC(Symposium on Principles of Distributed Computing)で発表された「Brewers' conjecture」に端を発します。その後、2002年にSeth Gilbertとナンシー・リンチによって厳密な証明が与えられ、定理として確立しました。

まとめ

CAP定理は、分散システム設計における重要な指針となります。システムの要件に応じて、どの特性を優先するのかを慎重に検討する必要があります。一貫性、可用性、分断耐性のバランスを取ることは、分散システム開発における大きな課題であり、それぞれのシステムの特性や用途に合わせて、適切なアーキテクチャを選択することが重要です。常に、どの特性を犠牲にするかというトレードオフを意識する必要があります。 それぞれの特性の重要度は、アプリケーションの種類によって異なるため、システム設計者は、アプリケーションのニーズを慎重に評価し、それに応じて適切な選択を行う必要があります。例えば、金融取引システムでは一貫性が非常に重要になるため、可用性または分断耐性を犠牲にする必要があるかもしれません。一方、ソーシャルメディアプラットフォームでは、可用性がより重要になる可能性があります。

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