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etcd系列之事务:etcd 中如何实现事务(上)?

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aoho求索
发布2022-12-03 10:14:09
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发布2022-12-03 10:14:09
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你好,我是 aoho,今天我和你分享的主题是事务:etcd 中如何实现事务?

我们在前面介绍了 etcd 存储、etcd-raft 模块以及 MVCC 多版本控制实现的原理。今天将会介绍 etcd 中事务的实现。

在我们的业务中,希望能够实现在无论什么样的故障场景下,一组操作要么同时完成,要么都失败。etcd 实现了在一个事务中,原子地执行冲突检查、更新多个 keys 的值。除此之外,etcd 将底层 MVCC 机制的版本信息暴露出来,基于版本信息封装出了一套基于乐观锁的事务框架 STM,并实现了不同的隔离级别。因此本课时将会来带着你了解 etcd 事务的概念、基本使用和 STM 事务的隔离级别。

什么是事务?

事务通常就是指数据库事务。事务具有 ACID 特性,即原子性、一致性、隔离性和持久性。

  • 原子性(Atomicity):事务作为一个整体被执行,包含在其中的对数据库的操作要么全部被执行,要么都不执行。
  • 一致性(Consistency):事务应确保数据库的状态从一个一致状态转变为另一个一致状态。一致状态的含义是数据库中的数据应满足完整性约束。
  • 隔离性(Isolation):多个事务并发执行时,一个事务的执行不应影响其他事务的执行。
  • 持久性(Durability):一个事务一旦提交,他对数据库的修改应该永久保存在数据库中。

常见的关系型数据库如 MySQL ,其 InnoDB 事务的实现基于锁实现数据库事务。事务操作执行时,需要获取对应数据库记录的锁,才能进行操作;如果发生冲突,事务会阻塞,某些情况下可能会死锁。在整个事务执行的过程中,客户端与 MySQL 多次交互,MySQL 为客户端维护事务资源,直至事务提交。

而 etcd 中的事务则是基于 CAS(Compare and Swap,即比较再交换) 方式。

etcd 使用了不到四百行的代码实现了迷你事务,其对应的语法为 If-Then-Else。etcd 允许用户在一次修改中批量执行多个操作,即这一组操作被绑定成一个原子操作,并共享同一个修订号。写法类似 CAS,如下所示:

Txn().If(cond1, cond2, ...).Then(op1, op2, ...,).Else(op1, op2)

上面的实现其实很好理解,如果 If 冲突判断语句为真,对应返回值为 true,Then 中的语句将会被执行,否则执行 else 中的逻辑。

在 etcd 事务执行过程中,客户端与 etcd 服务端之间没有维护事务会话。冲突判断(If)和执行过程 Then/Else作为一个原子过程来执行 If-Then-Else,因此 etcd 事务不会发生阻塞,无论成功还是失败都会返回,当发生冲突导致执行失败时,需要应用进行重试。业务代码需要考虑这部分的重试逻辑。

etcd 事务的使用示例

我们来演示转账的过程,发送者向接收者发起转账事务。etcd 的事务基于乐观锁来检测冲突并重试,检测冲突时使用了 ModRevision 进行校验,该字段表示某个 key 上一次被更改时,全局的版本是多少。因此,我们实现转账业务的流程如下所示:

82fe7124281041d8648129479776f4e4_transfer.png

在 etcd 中的实现代码如下所示:

func txnTransfer(etcd *v3.Client, sender, receiver string, amount uint) error {
 // 失败重试
 for {
  if ok, err := doTxn(etcd, sender, receiver, amount); err != nil {
   return err
  } else if ok {
   return nil
  }
 }
}

func doTxn(etcd *v3.Client, sender, receiver string, amount uint) (bool, error) {
 // 第一个事务,利用事务的原子性,同时获取发送和接收者的余额以及 ModRevision
 getresp, err := etcd.Txn(context.TODO()).Then(v3.OpGet(sender), v3.OpGet(receiver)).Commit()
 if err != nil {
  return false, err
 }
 senderKV := getresp.Responses[0].GetResponseRange().Kvs[0]
 receiverKV := getresp.Responses[1].GetResponseRange().Kvs[1]
 senderNum, receiverNum := toUInt64(senderKV.Value), toUInt64(receiverKV.Value)
 // 验证账户余额是否充足
 if senderNum < amount {
  return false, fmt.Errorf("资金不足")
 }
 // 发起转账事务,冲突判断 ModRevision 是否发生变化
 txn := etcd.Txn(context.TODO()).If(
  v3.Compare(v3.ModRevision(sender), "=", senderKV.ModRevision),
  v3.Compare(v3.ModRevision(receiver), "=", receiverKV.ModRevision))
 txn = txn.Then(
  v3.OpPut(sender, fromUint64(senderNum-amount)), // 更新发送者账户余额
  v3.OpPut(receiver, fromUint64(receiverNum-amount))) // 更新接收者账户余额
    resp, err := txn.Commit()         // 提交事务
 if err != nil {
  return false, err
 }
 return resp.Succeeded, nil
}

如上 etcd 事务的实现基于乐观锁,涉及到两次事务操作,第一次事务利用原子性来同时获取发送方和接收方的当前账户金额;第二次事务发起转账操作,冲突检测 ModRevision 是否发生变化,如果没有变化则正常提交事务。若发生了冲突,则需要进行重试。

如上过程的实现较为繁琐,除了业务逻辑,还有大量的代码用来判断冲突以及重试。因此,etcd 社区基于事务特性,实现了一个简单的事务框架 STM,构建了各个事务隔离级别类,下面我们看看基于 STM 框架如何实现 etcd 事务。

小结

本文首先介绍了数据库中的事务定义,以及 etcd 中的事务实现。事务降低了客户端应用编码的复杂度,接着通过一个转账的案例来演示 etcd 基于乐观锁如何实现事务。

学习完本文,给大家留一个问题,你知道乐观锁适用于哪些场景?欢迎你在留言区提出。下一篇,我们将继续介绍 etcd 事务,基于 STM 改进的转账案例,以及 etcd STM 微事务及其几种隔离机制。

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原始发表:2022-08-13,如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

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