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：

1. 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）

2. 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：

1. 应用程序（AP）持有用户库和积分库两个数据源。
2. 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。
3. 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。
4. 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：
  1. TM向AP提供应用程序编程接口，AP通过TM提交及回滚事务。
  2. 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：

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。

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

1. 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。
2. 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）
3. 用户服务执行分支事务，向用户表插入一条记录。
4. 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。
5. 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。
6. 用户服务分支事务执行完毕。
7. TM向TC发起针对XID的全局提交或回滚决议。
8. 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：

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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

• 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。