CAPTheorie

Die CAP-Theorie, auch CAP-Theorem, ist ein Prinzip der verteilten Computerwissenschaften, das beschreibt, welche Eigenschaften ein verteiltes Datenspeichersystem in Anwesenheit von Netzwerkpartitionen gleichzeitig nicht vollständig erfüllen kann. Die drei zentralen Eigenschaften sind Konsistenz (C), Verfügbarkeit (A) und Partitionstoleranz (P). Konsistenz bedeutet, dass alle Knoten denselben Datenstand sehen, Verfügbarkeit bedeutet, dass jeder Anforderung eine Antwort erhält, und Partitionstoleranz bedeutet, dass das System auch bei Ausfällen oder Trennungen der Netzwerke weiter arbeitet.

Hintergrundseitig wurde das Theorem von Eric Brewer formuliert und später formalisiert von Seth Gilbert und Nancy Lynch im Jahr 2002. Es gilt insbesondere für verteilte, asynchrone Systeme, in denen Netzwerkpartitionen auftreten können. In einer Umgebung mit Partitionen kann kein System gleichzeitig vollständig konsistent und hochverfügbar bleiben; es muss eine der Eigenschaften zugunsten der anderen einschränken.

In der Praxis wird das CAP-Trilemma oft als DP-Trade-off interpretiert: CP-Systeme setzen auf Konsistenz und Partitionstoleranz, opfern dabei Verfügbarkeit; AP-Systeme priorisieren Verfügbarkeit und Partitionstoleranz, tolerieren aber zeitweise Konsistenzverletzungen; CA ist unter Partitionstoleranz nicht erreichbar. Viele moderne Datenbanken bieten konfigurierbare Modelle oder eventual consistency, um je nach Anwendungsfall eine pragmatische Balance zu ermöglichen.

Kritisch wird die CAP-Theorie oft als Vereinfachung gesehen. Erweiterungen wie PACELC ergänzen die Betrachtung, indem sie auch bei Nichtpartitionen Unterschiede zwischen Latenz und Konsistenz betonen. Trotzdem bleibt CAP ein grundlegendes Orientierungskonzept für das Design verlässlicher verteilter Systeme.