分布式事务，两阶段提交协议，三阶段提交协议
首先回顾一下分布式的意义。
在单节点系统中，当修改完成一个事务时，仅仅会出现单节点的事务问题，通过设置事务级别或者其他单节点措施，避免单节点的事务问题；
但是多节点的面对事务的情况更为复杂，这就是分布式一致性出现的背景。
一、分布式CAP
CAP 定理 指的是 分布式系统的中的 Consistency（一致性）、 Availability（可用性）、Partition tolerance（分区容错性）；
一致性（C）：在分布式系统中的所有数据备份，在同一时刻是否同样的值。（等同于所有节点访问同一份最新的数据副本）
可用性（A）：在集群中一部分节点故障后，集群整体是否还能响应客户端的读写请求。（对数据更新具备高可用性）
分区容忍性（P）：以实际效果而言，分区相当于对通信的时限要求。系统如果不能在时限内达成数据一致性，就意味着发生了分区的情况，必须就当前操作在C和A之间做出选择
二、分布式一致性
1.1、引言
为了保证数据的高可用,通常我们会将数据保留多个副本(replica), 这些副本会放置在不同的物理机器上。
为了解决这种分布式一致性问题，提出了很多典型的协议和算法，比较著名的是二阶段提交协议，三阶段提交协议和paxos算法
1.2、分布式事务
在分布式系统中，各个节点之间在物理上相互独立，通过网络进行沟通和协调。由于存在事务机制，可以保证每个独立节点上的数据操作可以满足ACID。但是，相互独立的节点之间无法准确地知道其他节点的事务执行情况。所以从理论上来讲，两台机器无法达到一致的状态。如果想让分布式部署的多台机器中的数据保持一致性，那么就要保证在所有节点数据的写操作，要么全部都执行，要么全部都不执行。但是，一台机器在执行本地事务的时候无法知道其他机器中的本地事务的执行结果，所以它也就不知道本次事务到底应该commit还是rollback。
所以，常规的解决办法就是引入一个"协调者"的组件来统一调度所有分布式节点的执行
三、2PC（Two-phaseCommit）
3.1、二阶段提交
二阶段提交的算法思路可以概括为: 参与者将操作成败通知协调者，再由协调者根据所有参与者的反馈情报决定各参与者是否要提交操作还是中止操作。
二阶段是指: 第一阶段 - 请求阶段(表决阶段) 第二阶段 - 提交阶段(执行阶段)
阶段一：提交事务请求（投票）
1. 事务询问
协调者向所有的参与者发送事务内容，询问是否可以执行事务提交操作，并开始等待各参与者的响应
2. 执行事务
各个参与者节点执行事务操作，并将 Undo 和 Redo 信息记录到事务日志中，尽量把提交过程中所有消耗时间的操作和准备都提前完成确保后面 100%成功提交事务
3. 各个参与者向协调者反馈事务询问的响应
如果各个参与者成功执行了事务操作，那么就反馈给参与者yes 的响应，表示事务可以执行；如果参与者没有成功执行事务，就反馈给协调者 no 的响应，表示事务不可以执行，
上面这个阶段有点类似协调者组织各个参与者对一次事务操作的投票表态过程，因此 2pc 协议的第一个阶段称为“投票阶段”，即各参与者投票表名是否需要继续执行接下去的
阶段二： 提交阶段(执行):
在该阶段，写调整将基于第一个阶段的投票结果进行决策: 提交或取消
当且仅当所有的参与者同意提交事务，协调者才通知所有的参与者提交事务，否则协调者将通知所有的参与者取消事务
参与者在接收到协调者发来的消息后将执行响应的操作
3.2、两阶段提交的缺点
1、同步阻塞问题。执行过程中，所有参与节点都是事务阻塞型的。
当参与者占有公共资源时，其他第三方节点访问公共资源不得不处于阻塞状态。
2、单点故障。由于协调者的重要性，一旦协调者发生故障。
参与者会一直阻塞下去。尤其在第二阶段，协调者发生故障，那么所有的参与者还都处于锁定事务资源的状态中，而无法继续完成事务操作。（如果是协调者挂掉，可以重新选举一个协调者，但是无法解决因为协调者宕机导致的参与者处于阻塞状态的问题）
3、数据不一致。在二阶段提交的阶段二中，当协调者向参与者发送commit请求之后，发生了局部网络异常或者在发送commit请求过程中协调者发生了故障，这回导致只有一部分参与者接受到了commit请求。
而在这部分参与者接到commit请求之后就会执行commit操作。但是其他部分未接到commit请求的机器则无法执行事务提交。于是整个分布式系统便出现了数据不一致性的现象。
2.3、两阶段提交无法解决的问题
当协调者出错，同时参与者也出错时，两阶段无法保证事务执行的完整性。
考虑协调者在发出commit消息之后宕机，而唯一接收到这条消息的参与者同时也宕机了。
那么即使协调者通过选举协议产生了新的协调者，这条事务的状态也是不确定的，没人知道事务是否被已经提交。
四、3PC（Three-phaseCommit）
4.1、 三阶段提交
三阶段提交协议在协调者和参与者中都引入超时机制，并且把两阶段提交协议的第一个阶段分成了两步: 询问，然后再锁资源，最后真正提交。
4.2、三阶段执行
(1) canCommit阶段
3PC的canCommit阶段其实和2PC的准备阶段很像。协调者向参与者发送commit请求，参与者如果可以提交就返回yes响应，否则返回no响应
(2) preCommit阶段
协调者根据参与者canCommit阶段的响应来决定是否可以继续事务的preCommit操作。根据响应情况，有下面两种可能:
a) 协调者从所有参与者得到的反馈都是yes:
那么进行事务的预执行，协调者向所有参与者发送preCommit请求，并进入prepared阶段。参与泽和接收到preCommit请求后会执行事务操作，并将undo和redo信息记录到事务日志中。如果一个参与者成功地执行了事务操作，则返回ACK响应，同时开始等待最终指令
b) 协调者从所有参与者得到的反馈有一个是No或是等待超时之后协调者都没收到响应:
那么就要中断事务，协调者向所有的参与者发送abort请求。参与者在收到来自协调者的abort请求，或超时后仍未收到协调者请求，执行事务中断。
(3) doCommit阶段
协调者根据参与者preCommit阶段的响应来决定是否可以继续事务的doCommit操作。根据响应情况，有下面两种可能:
a) 协调者从参与者得到了ACK的反馈:
协调者接收到参与者发送的ACK响应，那么它将从预提交状态进入到提交状态，并向所有参与者发送doCommit请求。参与者接收到doCommit请求后，执行正式的事务提交，并在完成事务提交之后释放所有事务资源，并向协调者发送haveCommitted的ACK响应。那么协调者收到这个ACK响应之后，完成任务。
b) 协调者从参与者没有得到ACK的反馈, 也可能是接收者发送的不是ACK响应，也可能是响应超时:
执行事务中断。
4.3、三阶段提交协议的缺点
如果进入PreCommit后，Coordinator发出的是abort请求，假设只有一个Cohort收到并进行了abort操作，
而其他对于系统状态未知的Cohort会根据3PC选择继续Commit，此时系统状态发生不一致性
五、2PC vs 3PC
5.1、2PC和3PC
对于协调者(Coordinator)和参与者(Cohort)都设置了超时机制（在2PC中，只有协调者拥有超时机制，即如果在一定时间内没有收到cohort的消息则默认失败）。
在2PC的准备阶段和提交阶段之间，插入预提交阶段，使3PC拥有CanCommit、PreCommit、DoCommit三个阶段。
PreCommit是一个缓冲，保证了在最后提交阶段之前各参与节点的状态是一致的。
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