Linearizability versus Serializability

原文

Linearizability 和 Serializability 是在数据库和分布式系统中重要的两个概念，而且比较容易混淆，这篇文章试着对两个概念的不同进行简单、简短的解释。

Linearizability: single-operation, single-object, real-time order

Linearizability：单操作，单对象，实时顺序。

Linearizability 是对单个对象进行单次操作的一种保证。它提供了对于同一个对象的一系列 read/write 操作都是按照 real time（例如 wall-clock）排序的。

通俗来说，Linearizability 下，写入操作应该是瞬时的，一个对象的写操作一旦完成，能立即被后续的读操作看到，即读一定是读到这个对象的最新的值。

Linearizability 是 “atomic consistency” 的同义词，同时也是 CAP 种的 C，“consistency”。

并且 Linearizability 是可组合的，如果系统中每个对象的操作都是 linearizable，则系统中所有操作是 linearizable。

Serializability: multi-operation, multi-object, arbitrary total order

Serializability：多个操作，多个对象，任意的顺序

Serializability 是对事务的一种保证。Serializability保证了多个事务（每个都包含了一组对于不同对象的读/写操作）的执行等同于一个顺序执行的效果。

Serializability 是 ACID 中的 I。如果每个事务都保证了 correctness（ACID 中的 C），则顺序执行的事务也保证了 correctness，因此serializability是保证事务正确的一个机制。

❗️Serializability 🆚 Linearizability：Serializability 没有对事务的执行顺序强加任何 real-time order 的约束，即不需要操作是按照真实时间严格排序的，只需要存在一个满足条件的顺序执行顺序即可，不需要每个事务都是严格的先后时间顺序。

Strict Serializability: Why don’t we have both?

Strict Serializability = Serializability + Linearizability 事务行为等同于某种序列执行，而序列顺序与 real time 相对应。

🌰 我们假设开始并提交 T1，写item x；然后稍后开始提交 T2，读 x。数据库如果按照 Strict Serializability，则会先 T1 后 T2，T2 会读到 x 的最新值，如果数据库按照 Serializability，则可能会先 T2 后 T1。

如 Herlihy and Wing 所说：Linearizability 可被视为 Strict Serializability 的一种特殊情况，在这种情况下，事务被限制为由应用于单一对象的单一操作组成。

Coordination costs and real-world deployments

Linearizability 或者 Serializability 在没有 coordination 的情况下都不可能达到。也就是说，我们在异步网络下，我们无法提供 Linearizability 或者 Serializability 的可用性（即 CAP "AP"）。

正如上述理论所暗示的，实现这些特性需要大量昂贵的协调工作。因此，现实系统通常使用更便宜的实现模型，但往往更难理解。效率与可编程性之间的这种权衡，代表了一个迷人而又充满挑战的设计空间。

A note on terminology, and more reading

Linearizability 来源于分布式系统和并发编程，而 Serializability 则来源于数据库。如今这两者都在分布式系统和数据库中使用，也导致了术语上的冲突。

关于这些概念，有很多更精确的论述。我喜欢这本书，但互联网上也有很多免费、简洁、（通常）准确的资料，比如这些注释。