Seata

Seata

　　Seata 是 Simple Extensible Autonomous Transaction Architecture 的简写，阿里开源的分布式事务框架，属于二阶段提交模式，致力于提供高性能和简单易用的分布式事务服务。Seata 将为用户提供了 AT、TCC、SAGA 和 XA 事务模式，为用户打造一站式的分布式解决方案。

Seata术语　

　　TC (Transaction Coordinator) - 事务协调者

　　维护全局和分支事务的状态，驱动全局事务提交或回滚。

　　TM (Transaction Manager) - 事务管理器

　　定义全局事务的范围：开始全局事务、提交或回滚全局事务。

　　RM (Resource Manager) - 资源管理器

　　管理分支事务处理的资源，与TC交谈以注册分支事务和报告分支事务的状态，并驱动分支事务提交或回滚。

Seata重要机制

　　1 全局事务的回滚是如何实现的呢？

　　Seata有一个重要的机制：回滚日志。每个分支事务对应的数据库中都需要有一个回滚日志表 UNDO_LOG，在真正修改数据库记录之前，都会先记录修改前的记录值，以便之后回滚。在收到回滚请求后，就会根据 UNDO_LOG 生成回滚操作的 SQL 语句来执行。如果收到的是提交请求，就把 UNDO_LOG 中的相应记录删除掉。

　　2 RM是怎么自动和TC交互的？

　　是通过监控拦截JDBC实现的，例如监控到开启本地事务了，就会自动向 TC 注册、生成回滚日志、向 TC 汇报执行结果。

　　3 二阶段回滚失败怎么办？

　　例如TC命令各个RM回滚的时候，有一个微服务挂掉了，那么所有正常的微服务也都不会执行回滚，当这个微服务重新正常运行后，TC会重新执行全局回滚。

　　4 undo_log表log_status=1的记录是做什么用的？

• 场景 ： 分支事务a注册TC后，a的本地事务提交前发生了全局事务回滚
• 后果 ： 全局事务回滚成功，a资源被占用掉，产生了资源悬挂问题
• 防悬挂措施： a回滚时发现回滚undo还未插入，则插入一条log_status=1的undo记录，a本地事务（业务写操作sql和对应undo为一个本地事务）提交时会因为undo表唯一索引冲突而提交失败。

 

AT 模式

前提

• 基于支持本地 ACID 事务的关系型数据库。
• Java 应用，通过 JDBC 访问数据库。

整体机制

　　两阶段提交协议的演变：

• 一阶段：业务数据和回滚日志记录在同一个本地事务中提交，释放本地锁和连接资源。

• 二阶段：

  • 提交异步化，非常快速地完成。
  • 回滚通过一阶段的回滚日志进行反向补偿。

具体工作过程：

• TM 请求 TC，开始一个新的全局事务，TC 会为这个全局事务生成一个 XID。
• XID 通过微服务的调用链传递到其他微服务。
• RM 把本地事务作为这个XID的分支事务注册到TC。
• TM 请求 TC 对这个 XID 进行提交或回滚。
• TC 指挥这个 XID 下面的所有分支事务进行提交、回滚

写隔离

• 一阶段本地事务提交前，需要确保先拿到 全局锁 。
• 拿不到 全局锁 ，不能提交本地事务。
• 拿 全局锁 的尝试被限制在一定范围内，超出范围将放弃，并回滚本地事务，释放本地锁。

　　以一个示例来说明：

　　两个全局事务 tx1 和 tx2，分别对 a 表的 m 字段进行更新操作，m 的初始值 1000。

　　tx1 先开始，开启本地事务，拿到本地锁，更新操作 m = 1000 - 100 = 900。本地事务提交前，先拿到该记录的 全局锁 ，本地提交释放本地锁。 tx2 后开始，开启本地事务，拿到本地锁，更新操作 m = 900 - 100 = 800。本地事务提交前，尝试拿该记录的 全局锁 ，tx1 全局提交前，该记录的全局锁被 tx1 持有，tx2 需要重试等待 全局锁 。

tx1 二阶段全局提交，释放 全局锁 。tx2 拿到 全局锁 提交本地事务。

　　如果 tx1 的二阶段全局回滚，则 tx1 需要重新获取该数据的本地锁，进行反向补偿的更新操作，实现分支的回滚。

　　此时，如果 tx2 仍在等待该数据的 全局锁，同时持有本地锁，则 tx1 的分支回滚会失败。分支的回滚会一直重试，直到 tx2 的 全局锁 等锁超时，放弃 全局锁 并回滚本地事务释放本地锁，tx1 的分支回滚最终成功。

　　因为整个过程 全局锁 在 tx1 结束前一直是被 tx1 持有的，所以不会发生 脏写 的问题

　　SELECT FOR UPDATE 语句的执行会申请 全局锁 ，如果 全局锁 被其他事务持有，则释放本地锁（回滚 SELECT FOR UPDATE 语句的本地执行）并重试。这个过程中，查询是被 block 住的，直到 全局锁 拿到，即读取的相关数据是 已提交 的，才返回。

　　出于总体性能上的考虑，Seata 目前的方案并没有对所有 SELECT 语句都进行代理，仅针对 FOR UPDATE 的 SELECT 语句。

读隔离

　　在数据库本地事务隔离级别 读已提交（Read Committed） 或以上的基础上，Seata（AT 模式）的默认全局隔离级别是 读未提交（Read Uncommitted） 。

如果应用在特定场景下，必需要求全局的 读已提交 ，目前 Seata 的方式是通过 SELECT FOR UPDATE 语句的代理。

 

TCC 模式

　　回顾总览中的描述：一个分布式的全局事务，整体是 两阶段提交 的模型。全局事务是由若干分支事务组成的，分支事务要满足 两阶段提交 的模型要求，即需要每个分支事务都具备自己的：

• 一阶段 prepare 行为
• 二阶段 commit 或 rollback 行为

 

　　根据两阶段行为模式的不同，我们将分支事务划分为 Automatic (Branch) Transaction Mode 和 Manual (Branch) Transaction Mode.

AT 模式基于 支持本地 ACID 事务 的 关系型数据库：

• 一阶段 prepare 行为：在本地事务中，一并提交业务数据更新和相应回滚日志记录。
• 二阶段 commit 行为：马上成功结束，自动 异步批量清理回滚日志。
• 二阶段 rollback 行为：通过回滚日志，自动 生成补偿操作，完成数据回滚。

相应的，TCC 模式，不依赖于底层数据资源的事务支持：

• 一阶段 prepare 行为：调用 自定义 的 prepare 逻辑。
• 二阶段 commit 行为：调用 自定义 的 commit 逻辑。
• 二阶段 rollback 行为：调用 自定义 的 rollback 逻辑。

所谓 TCC 模式，是指支持把 自定义 的分支事务纳入到全局事务的管理中。

 

Saga 模式

　　Saga模式是SEATA提供的长事务解决方案，在Saga模式中，业务流程中每个参与者都提交本地事务，当出现某一个参与者失败则补偿前面已经成功的参与者，一阶段正向服务和二阶段补偿服务都由业务开发实现

 理论基础：Hector & Kenneth 发表论⽂ Sagas （1987）

 

XA 模式

前提

• 支持XA 事务的数据库。
• Java 应用，通过 JDBC 访问数据库

整体机制

　　在 Seata 定义的分布式事务框架内，利用事务资源（数据库、消息服务等）对 XA 协议的支持，以 XA 协议的机制来管理分支事务的一种 事务模式。

• 执行阶段：

  • 可回滚：业务 SQL 操作放在 XA 分支中进行，由资源对 XA 协议的支持来保证 可回滚
  • 持久化：XA 分支完成后，执行 XA prepare，同样，由资源对 XA 协议的支持来保证 持久化（即，之后任何意外都不会造成无法回滚的情况）

• 完成阶段：

  • 分支提交：执行 XA 分支的 commit
  • 分支回滚：执行 XA 分支的 rollback

工作机制

1. 整体运行机制

XA 模式 运行在 Seata 定义的事务框架内：

 

• 执行阶段（E xecute）：

  • XA start/XA end/XA prepare + SQL + 注册分支

• 完成阶段（F inish）：

  • XA commit/XA rollback

2. 数据源代理

　　XA 模式需要 XAConnection。

　　获取 XAConnection 两种方式：

• 方式一：要求开发者配置 XADataSource
• 方式二：根据开发者的普通 DataSource 来创建

　　第一种方式，给开发者增加了认知负担，需要为 XA 模式专门去学习和使用 XA 数据源，与 透明化 XA 编程模型的设计目标相违背。

　　第二种方式，对开发者比较友好，和 AT 模式使用一样，开发者完全不必关心 XA 层面的任何问题，保持本地编程模型即可。

　　我们优先设计实现第二种方式：数据源代理根据普通数据源中获取的普通 JDBC 连接创建出相应的 XAConnection。类比 AT 模式的数据源代理机制，如下：

　　但是，第二种方法有局限：无法保证兼容的正确性。

　　实际上，这种方法是在做数据库驱动程序要做的事情。不同的厂商、不同版本的数据库驱动实现机制是厂商私有的，我们只能保证在充分测试过的驱动程序上是正确的，开发者使用的驱动程序版本差异很可能造成机制的失效。

　　这点在 Oracle 上体现非常明显。参见 Druid issue：https://github.com/alibaba/druid/issues/3707

　　综合考虑，XA 模式的数据源代理设计需要同时支持第一种方式：基于 XA 数据源进行代理。类比 AT 模式的数据源代理机制，如下：

3. 分支注册

　　XA start 需要 Xid 参数。这个 Xid 需要和 Seata 全局事务的 XID 和 BranchId 关联起来，以便由 TC 驱动 XA 分支的提交或回滚。

　　目前 Seata 的 BranchId 是在分支注册过程，由 TC 统一生成的，所以 XA 模式分支注册的时机需要在 XA start 之前。

　　将来一个可能的优化方向：

　　把分支注册尽量延后。类似 AT 模式在本地事务提交之前才注册分支，避免分支执行失败情况下，没有意义的分支注册。这个优化方向需要 BranchId 生成机制的变化来配合。BranchId 不通过分支注册过程生成，而是生成后再带着 BranchId 去注册分支。

XA 模式的使用

　　从编程模型上，XA 模式与 AT 模式保持完全一致。可以参考 Seata 官网的样例：seata-xa

　　样例场景是 Seata 经典的，涉及库存、订单、账户 3 个微服务的商品订购业务。在样例中，上层编程模型与 AT 模式完全相同。只需要修改数据源代理，即可实现 XA 模式与 AT 模式之间的切换。

 

 

 更多信息参见：https://seata.io/zh-cn/docs/overview/what-is-seata.html