2PC 及 Seata AT模式
理解2PC
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。
举例:张三和李四好久不见,老友约起聚餐,饭店老板要求先买单才能出票。这时张三和李四分别抱怨近况不如,囊中羞涩,都不愿意请客,这时只能AA。只有张三和李四都付款,老板才能出票安排就餐。但由于张三和李四都是铁公鸡,形成了尴尬的一幕:
准备阶段:老板要求张三付款,张三付款。老板要求李四付款,李四付款。
提交阶段:老板出票,两人拿票纷纷落座就餐。
例子中形成了一个事务,若张三或李四其中一人拒绝付款,或钱不够,店老板都不会给出票,并且会把已收款退回。
整个事务过程由事务管理器和参与者组成,店老板就是事务管理器,张三、李四就是事务参与者,事务管理器负责决策整个分布式事务的提交和回滚,事务参与者负责自己本地事务的提交和回滚。
在计算机中部分关系型数据库如Oracle、Mysql支持两阶段提交协议,如下图:
-
准备阶段: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: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。
下图展示了2PC两个阶段,分成功和失败两个情况说明:
成功情况:
失败情况:
解决方案
XA方案
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,需要指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)。
新用户注册送积分:
执行流程如下:
- 应用程序(AP)持有用户库和积分库两个数据源。
- 应用程序(AP)通过TM通知用户库RM新增用户,同时通知积分库RM为该用户新增积分,RM此时并未提交事务,此时用户和积分资源锁定。
- TM收到执行回复,只要有一方失败则分别向其它RM发起回滚事务,回滚完毕,资源锁释放。
- TM收到执行回复,全部成功,此时向所有RM发起提交事务,提交完毕,资源锁释放。
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
- 以上三个角色之间的交互方式如下:
- TM向AP提供应用程序编程接口,AP通过TM提交及回滚事务。
- TM交易中间件通过XA接口来通知RM数据库事务的开始、结束以及提交、回滚等。
XA方案的问题:
- 需要本地数据库支持XA协议。
- 资源锁需要等到两个阶段结束才释放。
Seata方案
seata是由阿里中间件团队发起的开源项目Fescar,后更名为Seata,它是一个开源的分布式事务框架。
传统2PC的问题在Seata中得到了解决,它通过对本地关系数据库的分支事务的协调来驱动完成全局事务,是工作在应用层的中间件,主要优点是性能较好,且不长时间占用连接资源,它以高效并且对业务0侵入的方式解决微服务场景下面临的分布式事务问题,它目前提供AT模式(即2PC)及TCC模式的分布式事务解决方案。
Seata的设计思想如下:
Seata的设计目标其一是对业务无侵入,因为从业务无侵入的2PC方案着手,在传统2PC的基础上演进,并解决2PC方案面临的问题。
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,下图是全局事务与分支事务的关系图:
与传统2PC的模型类似,Seata定义了3个组件来协调分布式事务的处理过程:
- 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通信协调各个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)事务的提交或回滚。
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。(第一阶段就提交了,释放资源锁)
- 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,这样就可以省区Phase2持锁的时间,整体提高效率。
Seata执行流程
正常提交流程
回滚流程
回滚流程省略前的RM注册过程
要点说明:
- 每个RM使用DataSourceProxy连接数据库,其目的是使用ConnectionProxy,使用数据源和数据连接代理的目的就是在第一阶段将undo_log和业务数据放在一个本地事务提交,这样就保证了只要有业务操作就一定有undlog。
- 在第一阶段undo_log中存放了数据修改前和修改后的值,为事务回滚作好准备,所以第一阶段完成就已经将分支事务提交,也就释放了锁资源。
- TM开启全局事务,将XID全局事务ID放在事务上下文中,通过feign调用也将XID传入下游分支事务,每个分支事务将自己的brand_id分支事务ID与XID关联。
- 第二阶段全局事务提交,TC会通知各个分支参与者提交分支事务,在第一阶段就已经提交了分支事务,这里各个参与者只需要删除undo_log即可,并且可以异步执行,第二阶段很快就可以完成。
- 第二阶段全局事务回滚,TC会通知各个分支参与者回滚分支事务,通过XID和Branch_id找到相应的回滚日志,通过回滚日志生成方向的SQL并执行,以完成分支事务回滚到之前的状态,如果回滚失败则会重试回滚操作。
- Seata的AT模式依赖于本地事务,每一个操作都需要加@Transtional注解,只需要在最外层加上@GlobalTransactional注解即可开启分布式事务,这也是seata对业务零侵入的体现。每个数据库都要创建undo_log表,此表是seata保证本地事务一致性的关键。
Seata AT模式的坑
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seata AT模式,二阶段回滚时,待回滚数据被别的事务修改,回滚失败。seata AT模式没有一直锁定数据。
数据校验:拿 undo_log 中的数据与当前数据进行比较,如果有不同,说明数据被当前全局事务之外的动作做了修改。这种情况,需要根据配置策略来做处理。--------来自seata官网。
可以将数据校验功能关闭(默认是打开的),关闭了就不报错了。通过设置client端的一个参数,将校验功能关闭:client.undo.dataValidation 二阶段回滚镜像校验 默认true开启,false关闭。但是中间变更的数据不做处理直接回滚肯定有问题。
可以看出Seata AT模式一阶段执行本地事务的时候,才会给资源上锁。一阶段后本地事务就已经提交了,也就释放了锁,别的操作可以更改数据。如果二阶段发生回滚,数据会有异常,需要额外处理(人工介入等等)。反正官网没给出解决方案,所谓的解决方案只是关闭校验。不可行。
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