Jak funguje replikace a jaké jsou její strategie?

Question

Accepted Answer

**Replikace** udržuje kopie dat na více serverech — pro **dostupnost** (přežití selhání), **škálování čtení** (obsluha čtení z kopií) a **geografickou distribuci**. Různé strategie (primární-replika, multi-primární, synchronní vs asynchronní) zahrnují různé kompromisy.

## Proč replikovat

```text
✓ AVAILABILITY/redundancy → if one copy fails, others have the data (no data loss, failover)
✓ READ SCALING → serve reads from replicas (offload the primary) → handle more reads
✓ GEO-DISTRIBUTION → copies near users (lower latency); disaster recovery
→ replication is fundamental to reliable, scalable data systems.
```

## Strategie replikace

```text
PRIMARY-REPLICA (master-slave) → one PRIMARY handles writes, replicates to READ replicas:
  ✓ simple; great for read-heavy workloads; the common model
  ✗ the primary is a write bottleneck / single point for writes (failover needed)
MULTI-PRIMARY (multi-master) → multiple nodes accept writes:
  ✓ write availability/scaling, geo-writes  ✗ CONFLICT resolution (concurrent writes to
    the same data) → complex
```

## Synchronní vs asynchronní

```text
SYNCHRONOUS → wait for replicas to confirm before acknowledging the write:
  ✓ replicas are consistent (no data loss on failover)  ✗ slower (waits); availability impact
ASYNCHRONOUS → acknowledge the write immediately; replicate in the background:
  ✓ fast writes, high availability  ✗ REPLICATION LAG → replicas briefly behind (stale reads;
    possible data loss if the primary fails before replicating) — eventual consistency
→ trade-off: durability/consistency vs performance/availability
```

## Proč na tom záleží

Porozumění replikaci je cenné, protože jde o **základní techniku pro dostupnost a škálování čtení** v datových systémech, a proto je důležitou znalostí z oblasti návrhu systémů.

Replikace — udržování kopií dat na více serverech — slouží zásadním účelům: **dostupnosti** (přežití selhání prostřednictvím redundance a převzetí služeb), **škálování čtení** (obsluha čtení z replik za účelem snížení zatížení primárního serveru, cenné pro workloady s vysokým počtem čtení) a **geografické distribuci** (kopie blízko uživatelů pro nižší latenci, plus zotavení z katastrof).

Porozumění těmto účelům objasňuje, proč je replikace základním prvkem spolehlivých a škálovatelných datových systémů.

Porozumění **strategiím** — **primární-replika** (jeden primární server pro zápisy replikující na čtecí repliky — běžný, jednoduchý model vynikající pro workloady s vysokým počtem čtení, i když je primární server úzkým hrdlem pro zápisy) versus **multi-primární** (více uzlů přijímajících zápisy, umožňující škálování zápisů a geo-zápisy, ale vyžadující komplexní řešení konfliktů) — je nezbytné pro výběr správného přístupu.

Porozumění kompromisu **synchronní vs asynchronní** je zvláště důležité: **synchronní** replikace (čekání na potvrzení od replik před potvrzením) udržuje repliky konzistentní a vyhýbá se ztrátě dat, ale je pomalejší, zatímco **asynchronní** replikace (okamžité potvrzení, replikace na pozadí) je rychlá a vysoce dostupná, ale má **zpoždění replikace** (repliky krátce zpožděné, způsobující zastaralá čtení a možnou ztrátu dat, pokud primární server selže před replikací — eventuální konzistence).

Tento kompromis mezi trvanlivostí/konzistencí a výkonem/dostupností je klíčové rozhodnutí při návrhu.

Protože je replikace základem dostupnosti a škálování čtení v datových systémech a strategie (primární-replika vs multi-primární) a kompromisy synchronní/asynchronní výrazně ovlivňují konzistenci, výkon a dostupnost, a protože jejich pochopení je důležité pro návrh datových systémů, je porozumění replikaci cennou, prakticky relevantní znalostí z oblasti návrhu systémů — základní technikou pro dostupnost a škálování čtení, s důležitými kompromisy v oblasti strategie a synchronnosti/asynchronnosti, a ústředním prvkem při návrhu spolehlivých, škálovatelných datových systémů, které přežijí selhání a zvládnou čtecí zatížení.