分布式事务解决方案之TCC（三）

一 什么是 TCC 事务

　　TCC 是 Try、Confirm、Cancel 三个词语的缩写，TCC 要求每个分支事务实现三个操作：预处理 Try、确认 Confirm、撤销 Cancel。Try 操作做业务检查及资源预留，Confirm 做业务确认操作，Cancel 实现一个与 Try 相反的操作即回滚操作。TM 首先发起所有的分支事务的 Try 操作，任何一个分支事务的 Try 操作执行失败，TM 将会发起所有分支事务的 Cancel 操作，若 Try 操作全部成功，TM 将会发起所有分支事务的 Confirm 操作，其中 Confirm/Cancel 操作若执行失败，TM 会进行重试。

　　

分支事务失败的情况： 

　　

TCC分为三个阶段：

　　1）Try  阶段是做业务检查(一致性)及资源预留(隔离)，此阶段仅是一个初步操作，它和后续的 Confirm   一起才能真正构成一个完整的业务逻辑；

　　2）Confirm 阶段是做确认提交，Try 阶段所有分支事务执行成功后开始执行 Confirm。通常情况下，采用 TCC 则认为 Confirm 阶段是不会出错的。即：只要 Try 成功，Confirm 一定成功。若 Confirm 阶段真的出错了，需引入重试机制或人工处理；

　　3）Cancel  阶段是在业务执行错误需要回滚的状态下执行分支事务的业务取消，预留资源释放。通常情况下，采用 TCC 则认为 Cancel 阶段也是一定成功的。若 Cancel 阶段真的出错了，需引入重试机制或人工处理；

　　4）TM 事务管理器

　　TM 事务管理器可以实现为独立的服务，也可以让全局事务发起方充当 TM 的角色，TM 独立出来是为了成为公用组件，是为了考虑系统结构和软件复用；

　　TM 在发起全局事务时生成全局事务记录，全局事务 ID 贯穿整个分布式事务调用链条，用来记录事务上下文，追踪和记录状态，由于 Confirm 和 Cancel 失败需进行重试，因此需要实现幂等，幂等性是指同一个操作无论请求多少次，其结果都相同。

二 TCC 解决方案

目前市面上的TCC框架众多比如下面这几种：

（以下数据采集日为2019年07月11日）

框架名称	Gitbub地址	star数量
tcc-transaction	https://github.com/changmingxie/tcc-transaction	3850
Hmily	https://github.com/yu199195/hmily	2407
ByteTCC	https://github.com/liuyangming/ByteTCC	1947
EasyTransaction	https://github.com/QNJR-GROUP/EasyTransaction	1690

 

上一节所讲的 Seata 也支持 TCC，但 Seata 的 TCC 模式对 SpringCloud 并没有提供支持。我们的目标是理解 TCC 的原理以及事务协调运作的过程，因此更请倾向于轻量级易于理解的框架，因此最终确定了 Hmily；

Hmily 是一个高性能分布式事务 TCC 开源框架。基于Java语言来开发（JDK1.8），支持 Dubbo，Spring Cloud 等 RPC 框架进行分布式事务。它目前支持以下特性：

　　支持嵌套事务(Nested transaction support)；

　　采用 Disruptor 框架进行事务日志的异步读写，与 RPC 框架的性能毫无差别。支持 SpringBoot-starter 项目启动，使用简单；

　　RPC 框架支持 : dubbo，motan，springcloud；

　　本地事务存储支持：redis，mongodb，zookeeper，file，mysql。事务日志序列化支持：java，hessian，kryo，protostuff；

　　采用 Aspect AOP 切面思想与 Spring 无缝集成，天然支持集群；

　　RPC 事务恢复，超时异常恢复等。

　　Hmily 利用 AOP 对参与分布式事务的本地方法与远程方法进行拦截处理，通过多方拦截，事务参与者能透明的调用到另一方的 Try、Confirm、Cancel 方法；传递事务上下文；事务日志，进行补偿，重试等。

 

Hmily 不需要事务协调服务，但需要提供一个数据库 (mysql/mongodb/zookeeper/redis/file) 来进行日志存储。

Hmily 实现的 TCC 服务与普通的服务一样，只需要暴露一个接口，也就是它的 Try 业务。Confirm/Cancel 业务逻辑，只是因为全局事务提交/回滚的需要才提供的，因此 Confirm/Cancel 业务只需要被 Hmily TCC 事务框架发现即可，不需要被调用它的其他业务服务所感知。

官网介绍：https://dromara.org/website/zh-cn/docs/hmily/index.html

 

重点：TCC需要注意三种异常处理分别是空回滚、幂等、悬挂

空回滚：

在没有调用 TCC 资源 Try 方法的情况下，调用了二阶段的 Cancel 方法，Cancel 方法需要识别出这是一个空回滚，然后直接返回成功；

出现原因是当一个分支事务所在服务宕机或网络异常，分支事务调用记录为失败，这个时候其实是没有执行 Try 阶段，当故障恢复后，分布式事务进行回滚则会调用二阶段的 Cancel 方法，从而形成空回滚；

解决思路：关键就是要识别出这个空回滚。思路很简单就是需要知道一阶段是否执行，如果执行了，那就是正常回滚；如果没执行，那就是空回滚。前面已经说过 TM 在发起全局事务时生成全局事务记录，全局事务 ID 贯穿整个分布式事务调用链条。再额外增加一张分支事务记录表，其中有全局事务 ID 和分支事务 ID，第一阶段 Try 方法里会插入一条记录，表示一阶段执行了。Cancel 接口里读取该记录，如果该记录存在，则正常回滚；如果该记录不存在，则是空回滚。

幂等：

通过前面介绍已经了解到，为了保证 TCC 二阶段提交重试机制不会引发数据不一致，要求 TCC 的二阶段 Try、Confirm 和 Cancel 接口保证幂等，这样不会重复使用或者释放资源。如果幂等控制没有做好，很有可能导致数据不一致等严重问题；

解决思路在上述“分支事务记录”中增加执行状态，每次执行前都查询该状态。

悬挂：

悬挂就是对于一个分布式事务，其二阶段 Cancel 接口比 Try 接口先执行；

出现原因是在 RPC 调用分支事务 Try 时，先注册分支事务，再执行 RPC 调用，如果此时 RPC 调用的网络发生拥堵， 通常 RPC 调用是有超时时间的，RPC 超时以后，TM 就会通知 RM 回滚该分布式事务，可能回滚完成后，RPC 请求才到达参与者真正执行，而一个  Try  方法预留的业务资源，只有该分布式事务才能使用，该分布式事务第一阶段预留的业务资源就再也没有人能够处理了，对于这种情况，我们就称为悬挂，即业务资源预留后没法继续处理。

解决思路：如果二阶段执行完成，那一阶段就不能再继续执行。在执行一阶段事务时判断在该全局事务下，“分支事务记录”表中是否已经有二阶段事务记录，如果有则不执行 Try。

 三 举例说明

举例，场景为 A 转账 30 元给 B，A和B账户在不同的服务。方案1：

账户A

try：
　　检查余额是否够30元
　　扣减30元

confirm： 
　　空

cancel：
　　增加30元

账户B

try：
　　增加30元

confirm： 
　　空

cancel：
　　减少30元

方案 1 说明：

1） 账户A，这里的余额就是所谓的业务资源，按照前面提到的原则，在第一阶段需要检查并预留业务资源，因此，我们在扣钱 TCC 资源的 Try 接口里先检查 A 账户余额是否足够，如果足够则扣除 30 元。 Confirm 接口表示正式提交，由于业务资源已经在 Try 接口里扣除掉了，那么在第二阶段的 Confirm 接口里可以什么都不用做。Cancel 接口的执行表示整个事务回滚，账户A回滚则需要把 Try 接口里扣除掉的 30 元还给账户。

2） 账号B，在第一阶段 Try 接口里实现给账户 B 加钱，Cancel 接口的执行表示整个事务回滚，账户B回滚则需要把 Try 接口里加的 30 元再减去。

方案1 的问题分析：

1） 如果账户A的 Try 没有执行在 Cancel 则就多加了30元；

2） 由于 Try，Cancel、Confirm 都是由单独的线程去调用，且会出现重复调用，所以都需要实现幂等；

3） 账号 B 在 Try 中增加 30 元，当 Try 执行完成后可能会被其它线程给消费了；

4） 如果账户 B 的 Try 没有执行在 Cancel 则就多减了 30 元。

问题解决：

1）账户A的 Cancel 方法需要判断 Try 方法是否执行，正常执行 Try 后方可执行 Cancel；

2）Try，Cancel、Confirm 方法实现幂等。

3） 账号B在 Try 方法中不允许更新账户金额，在 Confirm 中更新账户金额；

4） 账户B的 Cancel 方法需要判断 Try 方法是否执行，正常执行 Try 后方可执行 Cancel。

 优化方案：

账户A

try：
    try幂等校验    
    try悬挂处理
    检查余额是否够30元
    扣减30元

confirm： 
    空

cancel：
    cancel幂等校验
    cancel空回滚处理
    增加可用余额30元

账户B

try：
    空

confirm：
    confirm 幂等校验
    正式增加30元

cancel：
    空

四 Hmily实现TCC事务

1）业务说明

本实例通过 Hmily 实现 TCC 分布式事务，模拟两个账户的转账交易过程。

两个账户分别在不同的银行(张三在bank1、李四在bank2)，bank1、bank2 是两个微服务。交易过程是，张三给李四转账指定金额。

上述交易步骤，要么一起成功，要么一起失败，必须是一个整体性的事务。

　　　　 

 

2）dtx-tcc-demo-bank1

dtx-tcc-demo-bank1 实现 Try 和 Cancel 方法，如下：

try：
    try幂等校验
    try悬挂处理
    检查余额是够扣减金额
    扣减金额

confirm：
    空

cancel：
    cancel幂等校验
    cancel空回滚处理
    增加可用余额

a）Dao

@Mapper
@Component
public interface AccountInfoDao {
　　
    @Update("update account_info set account_balance=account_balance - #{amount} where account_balance >= #{amount} and account_no = #{accountNo} ")
    int subtractAccountBalance(@Param("accountNo") String accountNo, @Param("amount") Double amount);

    @Update("update account_info set account_balance = account_balance + #{amount} where account_no = #{accountNo} ")
    int addAccountBalance(@Param("accountNo") String accountNo, @Param("amount") Double amount);

    /**
     * 增加某分支事务try执行记录
     * @param localTradeNo 全局事务编号
     */
    @Insert("insert into local_try_log values(#{txNo}, now());")
    int addTry(String localTradeNo);

    @Insert("insert into local_confirm_log values(#{txNo}, now());")
    int addConfirm(String localTradeNo);

    @Insert("insert into local_cancel_log values(#{txNo}, now());")
    int addCancel(String localTradeNo);

    /**
     * 查询分支事务try是否已执行
     * @param localTradeNo 全局事务编号
     */
    @Select("select count(1) from local_try_log where tx_no = #{txNo} ")
    int isExistTry(String localTradeNo);

    /**
     * 查询分支事务confirm是否已执行
     * @param localTradeNo 全局事务编号
     */
    @Select("select count(1) from local_confirm_log where tx_no = #{txNo} ")
    int isExistConfirm(String localTradeNo);

    /**
     * 查询分支事务cancel是否已执行
     * @param localTradeNo 全局事务编号
     */
    @Select("select count(1) from local_cancel_log where tx_no = #{txNo} ")
    int isExistCancel(String localTradeNo);

}

b）Service 张三转账 try - confirm - cancel 方法编码

@Service
@Slf4j
public class AccountInfoServiceImpl implements AccountInfoService {

    @Autowired
    private AccountInfoDao accountInfoDao;

    @Autowired
    private Bank2Client bank2Client;

    /**
     * 账号扣款逻辑   就是 TCC 的 try 方法
     * TCC 强调的是最终一致性【第一个分支事务执行完毕提交，释放锁资源；第二个分支事务执行成功后提交，执行 confirm ，执行失败回滚执行 cancel 】
     * @param accountNo 账户编号
     * @param amount    扣款金额
     *
     * 1. try幂等校验【避免重复执行 try 预处理操作，出现数据的不一致情况】
     * 2. try悬挂处理【避免 cancel 操作在 try 操作之前进行】
     * 3. 检查余额是否够30元
     * 4. 扣减金额
     */
    @Hmily(confirmMethod = "commit", cancelMethod = "rollback")    // 只要标记 @Hmily 注解就是 try 方法，在注解中指定 confirm cancel 两个方法名字
    @Transactional
    @Override
    public void updateAccountBalance(String accountNo, Double amount) {
        // 获取全局事务ID
        String transId = HmilyTransactionContextLocal.getInstance().get().getTransId();
        log.info("bank1 try begin 开始执行，XID = {}", transId);

        // 1. try 的幂等校验【判断 local_try_log 表中是否有 try 日志记录，如果有就不再执行】
        if (accountInfoDao.isExistTry(transId) > 0) {
            log.info("bank1 try 已经执行，无需重复执行, XID = {}", transId);
            return;
        }
        // 2. try 的悬挂处理【如果 cancel confirm 有一个已经执行了， try 不再执行】
        if (accountInfoDao.isExistConfirm(transId) > 0 || accountInfoDao.isExistCancel(transId) > 0) {
            log.info("bank1 try 悬挂处理，cancel 或 confirm 已经执行，不允许执行 try，XID = {}", transId);
            return;
        }
        // 3. 扣减金额，需要判断账户金额
        if (accountInfoDao.subtractAccountBalance(accountNo, amount) <= 0) {
            // 扣减失败
            throw new RuntimeException("bank1 try 扣减金额失败，XID = " + transId);
        }
        // 4. 插入一条 try 预处理的执行记录，实现 try 预处理的幂等性
        accountInfoDao.addTry(transId);

        // 远程调用李四，转账
        if (!bank2Client.transfer(amount)) {
            throw new RuntimeException("bank1 远程调用李四微服务失败，XID = " + transId);
        }
        // 人为制造异常
        if (amount == 2) {
            throw new RuntimeException("bank1 人为制造异常，XID = " + transId);
        }
    }

    /**
     * confirm 方法
     * 注意：方法参数需要和 try 方法参数保持一致
     */
    public void commit(String accountNo, Double amount) {
        String transId = HmilyTransactionContextLocal.getInstance().get().getTransId();
        log.info("bank1 commit begin 开始执行，XID = {}", transId);
    }

    /**
     * cancel 方法
     * 注意：方法参数需要和 try 方法参数保持一致
     * 1. cancel 幂等校验【避免重复执行 cancel 回滚操作，出现数据的不一致情况】
     * 2. cancel 空回滚处理【try 预处理执行完成，cancel 需要先判断 try 是否执行完成，然后再进行回滚处理，否则会出现数据不一致情况】
     * 3. 增加可用余额
     */
    @Transactional
    public void rollback(String accountNo, Double amount) {
        // 获取全局事务ID
        String transId = HmilyTransactionContextLocal.getInstance().get().getTransId();
        log.info("bank1 rollback begin 开始执行，XID = {}", transId);

        // 1. cancel 幂等校验【避免重复执行 cancel 回滚操作，出现数据的不一致情况】
        if (accountInfoDao.isExistCancel(transId) > 0 ) {
            log.info("bank1 cancel 已经执行，无需重复执行, XID = {}", transId);
        }
        // 2. cancel 空回滚处理【如果 try 没有执行，cancel 不能执行】
        if (accountInfoDao.isExistTry(transId) <= 0) {
            log.info("bank1 空回滚处理， try 没有执行，cancel 不允许执行，XID = {}", transId);
            return;
        }
        // 3. 增加可用余额
        accountInfoDao.addAccountBalance(accountNo, amount);
        // 4. 插入一条 cancel 的执行记录
        accountInfoDao.addCancel(transId);
    }
}

c）openFeign 远程调用李四微服务

@FeignClient(value = "tcc-demo-bank2", fallback = Bank2ClientFallback.class)      // 指定调用微服务的服务名，以及服务熔断降级失败调用类
public interface Bank2Client {

    /**
     * 远程调用李四的微服务
     */
    @GetMapping("/bank2/transfer")
    @Hmily      // 需要将张三转账的全局事务信息带到下游李四的微服务中
    Boolean transfer(@RequestParam("amount") Double amount);
}

@Component
public class Bank2ClientFallback implements Bank2Client {

    // 降级方法
    @Override
    public Boolean transfer(Double amount) {
        return false;
    }
}

d）Controller

@RestController
@Slf4j
public class Bank1Controller {

    @Autowired
    private AccountInfoService accountInfoService;

    // 张三转账
    @GetMapping("/transfer")
    public Boolean transfer(@RequestParam("amount") Double amount) {
        accountInfoService.updateAccountBalance("1", amount);
        return true;
    }

}

3）dtx-tcc-demo-bank2

dtx-tcc-demo-bank2 实现如下功能：

try：
    空

confirm：
    confirm 幂等校验
    正式增加金额

cancel：
    空

a）Dao 

@Component
@Mapper
public interface AccountInfoDao {

    @Update("update account_info set account_balance=account_balance + #{amount} where  account_no=#{accountNo} ")
    int addAccountBalance(@Param("accountNo") String accountNo, @Param("amount") Double amount);
    
    /**
     * 增加某分支事务try执行记录
     * @param localTradeNo 全局事务编号
     * @return
     */
    @Insert("insert into local_try_log values(#{txNo},now());")
    int addTry(String localTradeNo);

    @Insert("insert into local_confirm_log values(#{txNo},now());")
    int addConfirm(String localTradeNo);

    @Insert("insert into local_cancel_log values(#{txNo},now());")
    int addCancel(String localTradeNo);

    /**
     * 查询分支事务try是否已执行
     * @param localTradeNo 全局事务编号
     * @return
     */
    @Select("select count(1) from local_try_log where tx_no = #{txNo} ")
    int isExistTry(String localTradeNo);
    /**
     * 查询分支事务confirm是否已执行
     * @param localTradeNo 全局事务编号
     * @return
     */
    @Select("select count(1) from local_confirm_log where tx_no = #{txNo} ")
    int isExistConfirm(String localTradeNo);

    /**
     * 查询分支事务cancel是否已执行
     * @param localTradeNo 全局事务编号
     * @return
     */
    @Select("select count(1) from local_cancel_log where tx_no = #{txNo} ")
    int isExistCancel(String localTradeNo);

}

b）Service 李四收账 try - confirm - try 方法代码编写

@Service
@Slf4j
public class AccountInfoServiceImpl implements AccountInfoService {

    @Autowired
    private AccountInfoDao accountInfoDao;

    @Hmily(confirmMethod = "commit", cancelMethod = "rollback")    // 只要标记 @Hmily 注解就是 try 方法，在注解中指定 confirm cancel 两个方法名字
    @Override
    public void updateAccountBalance(String accountNo, Double amount) {
        // 获取全局事务ID
        String transId = HmilyTransactionContextLocal.getInstance().get().getTransId();
        log.info("bank2 try begin 开始执行，XID = {}", transId);
    }

    /**
     * confirm 方法
     * 注意：方法参数需要和 try 方法参数保持一致
     * 1. confirm 幂等校验【confirm 执行失败时，会重复执行，需要幂等校验操作，避免数据出现不一致】
     * 2. 正式增加30元
     */
    @Transactional
    public void commit(String accountNo, Double amount) {
        // 获取全局事务ID
        String transId = HmilyTransactionContextLocal.getInstance().get().getTransId();
        log.info("bank2 commit begin 开始执行，XID = {}", transId);
        // 1. confirm 幂等性校验
        if(accountInfoDao.isExistConfirm(transId) > 0) {
            log.info("bank2 commit 已经执行，无需重复执行，XID = {}", transId);
            return;
        }
        // 2. 增加金额
        accountInfoDao.addAccountBalance(accountNo, amount);

        // 3. 插入一条 confirm 确认的执行记录，实现 confirm 确认执行的幂等性
        accountInfoDao.addConfirm(transId);
    }

    /**
     * cancel 方法
     * 注意：方法参数需要和 try 方法参数保持一致
     */
    public void rollback(String accountNo, Double amount) {
        // 获取全局事务ID
        String transId = HmilyTransactionContextLocal.getInstance().get().getTransId();
        log.info("bank2 rollback begin 开始执行，XID = {}", transId);
    }
}

c）controller

@RestController
@Slf4j
public class Bank2Controller {

    @Autowired
    private AccountInfoService accountInfoService;

    // 接收张三转账
    @GetMapping("/transfer")
    public Boolean transfer(@RequestParam("amount") Double amount) {
        accountInfoService.updateAccountBalance("2", amount);
        return true;
    }

}

五 总结

　　如果拿 TCC 事务的处理流程与 2PC 两阶段提交做比较，2PC 通常都是在跨库的 DB 层面，而 TCC 则在应用层面的处理，需要通过业务逻辑来实现。这种分布式事务的实现方式的优势在于，可以让应用自己定义数据操作的粒度，使降低锁冲突、提高吞吐量成为可能。

　　而不足之处则在于对应用的侵入性非常强，业务逻辑的每个分支都需要实现 try、confirm、cancel 三个操作。此外，其实现难度也比较大，需要按照网络状态、系统故障等不同的失败原因实现不同的回滚策略。

 

　　每天进步一点点......