分布式事务专题之5、分布式事务解决方案之 2PC（二阶段提交）

1. 什么是2PC？

2PC即两阶段提交，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。

2PC中主要的2个角色：

  1. 事务协调者
  2. 事务参与者

1.1. 准备阶段（prepare）

事务协调者给每个事务参与者发送prepare消息，每个参在本地执行本地事务但是不要提交事务（此时事务操作的资源可能被锁定），然后给协调者返回yes或者no的消息。

1.2. 提交阶段（commit）

准备阶段中所有参与者返回yes，此时事务协调者会给每个事务参与者发送commit消息，参与者接收到commit消息之后，会对本地事务执行提交操作。

若准备阶段中有参与者返回no，或者参与者响应超时（比如网络原因，导致事务协调者和事务参与者之间通讯故障），此时事务协调者会给每个事务参与者发送rollback消息，参与者接收到rollback消息之后，会对本地事务执行回滚操作。

1.3. 2PC 中的一些规则

  1. 阶段2 commit的条件：阶段1中所有的参与者返回yes

  2. 阶段2 rollback的条件，2种情况：阶段1中任意参与者返回no时，或者阶段1中任意参与者响应超时

  3. 当参与者prepare可以成功，那么给参与者发送commit也一定可以成功，发送rollback一定可以回滚

  4. 2PC中事务协调者这边有超时机制，即在阶段1中，协调者给参与者发送消息，一直没有回应，导致超时，此时，直接执行第二阶段rollback；而参与者这边并没有超时机制，比如所有参与者阶段1执行完毕了，然后协调者挂了，此时参与者只能一直等了，干等。

1.4. 2PC 存在的问题

  1. 当阶段一都执行完毕之后，参与者本地事务执行了但是还未提交，此时参与者本地事务中的资源处于锁定状态的，若此时协调者挂了，会导致参与者本地事务锁住的资源无法释放，而直接影响到其他业务的执行。

    比如参与者1中去对商品1减库存，商品1的库存记录会被上锁，若此时其他业务也需要修改这条记录，直接会被阻塞，导致无法执行。

  2. 2PC有性能问题：比如事务中有10个参与者，参与者1在阶段1中会锁定本地资源，然后等待其他9个参与者执行完毕阶段一，然后参与者1收到事务协调器发送的commit或者rollback之后，才会释放资源，参与者1需要等待9个参与者，导致锁定资源的时间太长，会影响系统的并发量。

  3. 协调者有单点故障：当阶段1执行完毕之后，协调者挂了，此时参与者懵了，只能一直等待，这个可以通过协调者高可用来解决，后面讲到的3pc中解决了这个问题。

  4. 事务不一致的问题：阶段2中部分参与者收到了commit信息，此时协调者挂了或者网络问题，导致其他协调者无法收到commit请求，这个过程中，多个协调者中数据是不一致的，解决方式：协调者、参与者要高可用，协调者支持2PC重试，2PC中的2个阶段需要支持幂等。

2. XA事务

XA（eXtended Architecture）是指由X/Open 组织提出的分布式交易处理的规范。XA 是一个分布式事务协议，由Tuxedo 提出，所以分布式事务也称为XA 事务。

XA 协议主要定义了事务管理器TM（Transaction Manager，协调者）和资源管理器RM（Resource Manager，参与者）之间的接口。

其中，资源管理器往往由数据库实现，如Oracle、DB2、MySQL，这些商业数据库都实现了XA 接口，而事务管理器作为全局的调度者，负责各个本地资源的提交和回滚。

XA 事务是基于两阶段提交（Two-phaseCommit，2PC）协议实现的，可以保证数据的一致性，许多分布式关系型数据管理系统都采用此协议来完成分布式。阶段一为准备阶段，即所有的参与者准备执行事务并锁住需要的资源。当参与者Ready时，向TM 汇报自己已经准备好。阶段二为提交阶段。当TM 确认所有参与者都Ready 后，向所有参与者发送COMMIT 命令。

说的简单点：XA就是2PC在数据中的一种实现。

mysql大家都用过，普通事务过程：

start transaction; //打开事务
执行事务操作
commit|rollback; // 提交或者回滚事务

上面事务操作中，若当前连接未发送commit或者rollback操作，此时连接断掉或者mysql重启了，上面的事务会被自动回滚。

mysql中xa的语法：

XA {START|BEGIN} xid [JOIN|RESUME]   //开启XA事务，如果使用的是XA START而不是XA BEGIN，那么不支持[JOIN|RESUME]，xid是一个唯一值，表示事务分支标识符
XA END xid [SUSPEND [FOR MIGRATE]]   //结束一个XA事务，不支持[SUSPEND [FOR MIGRATE]]
XA PREPARE xid 准备提交
XA COMMIT xid [ONE PHASE] //提交，如果使用了ONE PHASE，则表示使用一阶段提交。两阶段提交协议中，如果只有一个RM参与，那么可以优化为一阶段提交
XA ROLLBACK xid  //回滚
XA RECOVER [CONVERT XID]  //列出所有处于PREPARE阶段的XA事务

如：

xa start 'xa-1';
执行事务操作;
xa prepare 'xa-1'; //阶段1，此时事务操作的资源被锁住，事务未提交
xa commit | rollback;//阶段2

xa事务和普通事务有点区别，上面这个xa事务有个标识xa-1，当xa-1prepare之后，如果此时连接断掉或者mysql重启了，这个事务还是处于prepare阶段，mysql重启或者调用者重新连接mysql之后，可以拿着这个事务标识xa-1继续发送xa commit |rollback来结束这个事务。

大家可以在mysql中创建几个db，然后通过上面的xa脚本试试两阶段提交，感受一下过程。

3. XA中事务协调器设计要点

XA中，事务参与者，比如常见的一些db，已经实现了2PC的功能，但是协调器需要自己来开发，协调器的一些设计要点：

  1. 生成全局唯一XA事务id记录，并且记录下来
  2. 事务协调器需要有重试的功能，对于中间阶段操作异常的，通过不断的重试让事务最终能够完成
  3. 协调器会有重试操作，所以需确保2pc中每个阶段都是幂等的

4. 2PC解决方案

  1. Seata：Seata是由阿里中间件团队发起的开源项目 Fescar，后更名为Seata，它是一个是开源的分布式事务框架，这个框架支持2PC。
  2. atomikos+jta：jta是java中对分布式事务制定的接口规范，atomikos是jta的一种实现，内部是依靠XA的方式来实现的，如果事务参与者都自测XA事务，可以通过这种方式来解决，比如参与者是：mysql、oracle、sqlserver，可以使用采用这种方式；不过性能方面是值得大家考虑的一个问题。
  3. 开发者自己实现 ：大家对2pc过程了解之后，可以自己开发一个，可以去挑战一下。

 

来源：http://www.itsoku.com/course/7/164

posted @ 2022-04-26 14:16  程序员小明1024  阅读(303)  评论(0)  编辑  收藏  举报