分布式事务解决方案之2PC（一）

2021-01-13 本文已影响0人倚仗听江

2PC即两阶段提交协议，是将整个事务流程分为两个阶段，准备阶段（Prepare phase）、提交阶段（commit phase），2是指两个阶段，P是指准备阶段，C是指提交阶段。

在计算机中部分关系数据库如Oracle、MySQL支持两阶段提交协议：

准备阶段（Prepare phase）：事务管理器给每个参与者发送Prepare消息，每个数据库参与者在本地执行事务，并写本地的Undo/Redo日志，此时事务没有提交。
（Undo日志是记录修改前的数据，用于数据库回滚，Redo日志是记录修改后的数据，用于提交事务后写入数据文件）
提交阶段（commit phase）：如果事务管理器收到了参与者的执行失败或者超时消息时，直接给每个参与者发送回滚(Rollback)消息；否则，发送提交(Commit)消息；参与者根据事务管理器的指令执行提交或者回滚操作，并释放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。

成功情况：

成功情况.png

失败情况：

失败情况.png

2PC的缺点

同步阻塞（在二阶段的提交的时候，只要有一个事务没完成，其他事务都要阻塞）
单点故障（事务管理器挂了所有事务都不能提交了）
数据不一致（二阶段提交的时候其中一个事务因为网络因素提交失败）
容错机制不完善（任何一个节点挂了都会导致事务的失败）

3PC

3PC(three-phase commit)即三阶段提交，是2阶段提交的改进版，其将二阶段提交协议的“提交事务请求”一份为二，形成了canCommit（检查下自身状态的健康性，看有没有能力进行事务操作），preCommit（undo、redo日志在这里才写），doCommit三个阶段。
与两阶段提交不同的是，三阶段提交有两个改动点。

1、引入超时机制。（超时提交策略，当第三阶段参与者等待协调者超时后会提交事务，解决参与者同步阻塞问题，同时能在发生单点故障时，继续达成一致）
2、在第一阶段和第二阶段中插入一个准备阶段。（也是为了减少同步阻塞的发生范围）

3PC只改善了2PC的同步阻塞和单点故障问题，但没有解决根本性问题，依旧存在2PC的所有问题。

解决方案

1. XA

2PC的传统方案是在数据库层面实现的，如Oracle、MySQL都支持2PC协议，为了统一标准减少行业内不必要的对接成本，需要制定标准化的处理模型及接口标准，国际开放标准组织Open Group定义了分布式事务处理模型DTP（Distributed Transaction Processing Reference Model）。

DTP模型定义如下角色：

AP(Application Program)：即应用程序，可以理解为使用DTP分布式事务的程序。
RM(Resource Manager)：即资源管理器，可以理解为事务的参与者，一般情况下是指一个数据库实例，通过资源管理器对该数据库进行控制，资源管理器控制着分支事务。
TM(Transaction Manager)：事务管理器，负责协调和管理事务，事务管理器控制着全局事务，管理事务生命周期，并协调各个RM。全局事务是指分布式事务处理环境中，需要操作多个数据库共同完成一个工作，这个工作即是一个全局事务。

DTP模型定义TM和RM之间通讯的接口规范叫XA，简单理解为数据库提供的2PC接口协议，基于数据库的XA协议来实现2PC又称为XA方案。

1）在准备阶段RM执行实际的业务操作，但不提交事务，资源锁定；
2）在提交阶段TM会接受RM在准备阶段的执行回复，只要有任一个RM执行失败，TM会通知所有RM执行回滚操作，否则，TM将会通知所有RM提交该事务。提交阶段结束资源锁释放。

XA方案的问题：
1、需要本地数据库支持XA协议。
2、资源锁需要等到两个阶段结束才释放，性能较差。

2. Seata

Seata把一个分布式事务理解成一个包含了若干分支事务的全局事务。全局事务的职责是协调其下管辖的分支事务达成一致，要么一起成功提交，要么一起失败回滚。此外，通常分支事务本身就是一个关系数据库的本地事务。

与传统2PC 的模型类似，Seata定义了3个组件来协议分布式事务的处理过程：

Seata.png

Transaction Coordinator (TC)：事务协调器，它是独立的中间件，需要独立部署运行，它维护全局事务的运行状态，接收TM指令发起全局事务的提交与回滚，负责与RM通信协调各各分支事务的提交或回滚。
Transaction Manager (TM)：事务管理器，TM需要嵌入应用程序中工作，它负责开启一个全局事务，并最终向TC发起全局提交或全局回滚的指令。
Resource Manager (RM)：控制分支事务，负责分支注册、状态汇报，并接收事务协调器TC的指令，驱动分支（本地）事务的提交和回滚。

image.png

具体的执行流程如下：

用户服务的 TM 向 TC 申请开启一个全局事务，全局事务创建成功并生成一个全局唯一的XID。
用户服务的 RM 向 TC 注册分支事务，该分支事务在用户服务执行新增用户逻辑，并将其纳入 XID 对应全局事务的管辖。
用户服务执行分支事务，向用户表插入一条记录。
逻辑执行到远程调用积分服务时(XID 在微服务调用链路的上下文中传播)。积分服务的RM 向 TC 注册分支事务，该分支事务执行增加积分的逻辑，并将其纳入 XID 对应全局事务的管辖。
积分服务执行分支事务，向积分记录表插入一条记录，执行完毕后，返回用户服务。
用户服务分支事务执行完毕。
TM 向 TC 发起针对 XID 的全局提交或回滚决议。
TC 调度 XID 下管辖的全部分支事务完成提交或回滚请求。

Seata实现2PC与传统2PC的差别：

架构层次方面：传统2PC方案的 RM 实际上是在数据库层，RM 本质上就是数据库自身，通过 XA 协议实现，而Seata的 RM 是以jar包的形式作为中间件层部署在应用程序这一侧的。
两阶段提交方面：传统2PC无论第二阶段的决议是commit还是rollback，事务性资源的锁都要保持到Phase2完成才释放。而Seata的做法是在Phase1 就将本地事务提交，这样就可以省去Phase2持锁的时间，整体提高效率。