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分布式架构设计篇(五)-刚性事务之2PC详解

- 分布式一致性 -

​ 分布式场景下,多个服务同时对服务一个流程,比如电商下单场景,需要支付服务进行支付、库存服务扣减库存、订单服务进行订单生成、物流服务更新物流信息等。如果某一个服务执行失败,或者网络不通引起的请求丢失,那么整个系统可能出现数据不一致的原因。

上述场景就是分布式一致性问题,追根到底,分布式一致性的根本原因在于数据的分布式操作,引起的本地事务无法保障数据的原子性引起。

分布式一致性问题的解决思路有两种,一种是分布式事务,一种是尽量通过业务流程避免分布式事务。分布式事务是直接解决问题,而业务规避其实通过解决出问题的地方(解决提问题的人)。其实在真实业务场景中,如果业务规避不是很麻烦的前提,最优雅的解决方案就是业务规避。

- 事务分类 -

分布式事务实现方案从类型上去分刚性事务、柔型事务。刚性事务:通常无业务改造,强一致性,原生支持回滚/隔离性,低并发,适合短事务。柔性事务:有业务改造,最终一致性,实现补偿接口,实现资源锁定接口,高并发,适合长事务。

  • 刚性事务:XA 协议(2PC、JTA、JTS)、3PC
  • 柔型事务:TCC/FMT、Saga(状态机模式、Aop模式)、本地事务消息、消息事务(半消息)、最多努力通知型事务
- 2PC定义 -

​ 2PC全称Two-phaseCommit,中文名是二阶段提交,是XA规范的实现思路,XA规范是 X/Open DTP 定义的交易中间件与数据库之间的接口规范(即接口函数),交易中间件用它来通知数据库事务的开始、结束以及提交、回滚等。XA 接口函数由数据库厂商提供。

X/Open DTP是X/Open 组织(即现在的 Open Group )1994定义的分布式事务处理模型。XA规模型包括应用程序( AP )、事务管理器( TM )、资源管理器( RM )、通信资源管理器( CRM )四部分。一般,常见的事务管理器( TM )是交易中间件,常见的资源管理器( RM )是数据库,常见的通信资源管理器( CRM )是消息中间件。

2PC 通常使用到XA中的三个角色TM、AP

  • AP:事务发起方,通常为微服务自身;定义事务边界(事务开始、结束),并访问事务边界内的资源
  • TM:事务协调方,事务操作总控;管理事务全局事务,分配事务唯一标识,监控事务的执行进度,负责事务的提交、回滚、失败恢复。
  • RM:本地事务资源,根据协调方命令进行操作;管理本地共享资源(既数据库)。
- 2PC流程 -
2PC流程图

2PC 分成2个阶段,第一阶段:请求阶段(commit-request phase,或称表决阶段,voting phase)和第二阶段:提交阶段(commit phase)。

表决阶段:事务协调者(TM)串行给每个参与者(RM)发送Prepare消息,每个参与者要么直接返回失败,要么在本地SQL执行、记录事务日志(Undo、Redo),但不提交,到达一种“万事俱备,只欠东风”的状态。可以进一步将准备阶段分为以下三个步骤:

  • TM串行向每个参与者节点询问是否可以执行提交操作,并等待各参与者节点的响应。
  • 参与者节点执行询问的所有SQL语句,并将Undo和Redo写入日志。
  • 各参与者节点响应TM发起的询问。如果参与者节点的事务操作实际执行成功,则返回一个”success”消息;如果参与者节点的事务操作实际执行失败,则返回一个”abort”消息。

提交阶段:如果TM收到了参与者的失败消息或者超时,直接给每个参与者发送回滚(Rollback)消息;否则,发送提交(Commit)消息;参与者根据TM的指令执行提交或者回滚操作,释放所有事务处理过程中使用的锁资源。(注意:必须在最后阶段释放锁资源)

分支一--当TM从所有参与者节点获得的相应消息都为”success”时:

  1. TM向所有参与者节点发出”正式提交(commit)”的请求。
  2. 参与者节点正式完成操作,并释放在整个事务期间内占用的资源。
  3. 参与者节点向TM发送”完成”消息。
  4. TM受到所有参与者节点反馈的”完成”消息后,完成事务。

分支二--如果任一参与者节点在第一阶段返回的响应消息为”abort”,或者 TM在第一阶段的询问超时之前无法获取所有参与者节点的响应消息时:

  1. TM向所有参与者节点发出”回滚操作(rollback)”的请求。
  2. 参与者节点利用之前写入的Undo信息执行回滚,并释放在整个事务期间内占用的资源。
  3. 参与者节点向TM发送”回滚完成”消息。
  4. TM受到所有参与者节点反馈的”回滚完成”消息后,取消事务。

不管最后结果如何,第二阶段都会结束当前事务。

- 总结 -

​ 2PC虽然将XA规范方案细化成思路,也形成了流程图,大部情况下确实能提供原子性操作,但是仍存在一定问题,所以又出现了3PC。

- 作者介绍 -

孙玄

毕业于浙江大学,奈学教育创始人兼CEO,前转转公司技术委员会主席,前58集团技术委员会主席,前百度资深研发工程师,腾讯云TVP,阿里云MVP,在线直播大课《百万架构师》品牌创始人。

林淮川

毕业于西安交通大学;奈学教育《百万架构师训练营》讲师及企业级源码内源负责人,前大树金融高级架构师;前大树金融技术委员会开创者;前大树金融供应链金融技术总监;前天阳宏业交易事业部技术主管;多年互联网金融行业(ToB)经验。

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