XA 事务

 

4.11.3 什么是XA 事务？

《数据库程序员面试笔试宝典》第4章数据库基础，本章主要介绍数据库基础部分的面试题，比较适合应届毕业生，也适合由其他岗位转数据库岗位的人员。本节为大家介绍什么是XA 事务。

作者：猿媛之家

来源：机械工业出版社|2018-11-09 

4.11.3 什么是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，可以保证数据的强一致性，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。

XA 事务允许不同数据库的分布式事务，只要参与在全局事务中的每个结点都支持XA 事务。Oracle、MySQL 和SQL Server 都支持XA 事务。

XA 事务由一个或多个资源管理器（RM）、一个事务管理器（TM）和一个应用程序（ApplicationProgram）组成。

资源管理器：提供访问事务资源的方法。通常一个数据库就是一个资源管理器。

事务管理器：协调参与全局事务中的各个事务。需要和参与全局事务的所有资源管理器进行通信。

应用程序：定义事务的边界。

XA 事务的缺点是性能不好，且无法满足高并发场景。一个数据库的事务和多个数据库间的XA 事务性能会相差很多。因此，要尽量避免XA 事务，如可以将数据写入本地，用高性能的消息系统分发数据，或使用数据库复制等技术。只有在其他办法都无法实现业务需求，且性能不是瓶颈时才使用XA。

 

X/Open DTP模型（1994）包括应用程序（AP）、事务管理器（TM）、资源管理器（RM）、通信资源管理器（CRM）四部分。

在这个模型中，通常事务管理器（TM）是交易中间件，资源管理器（RM）是数据库，通信资源管理器（CRM）是消息中间件。

一般情况下，某一数据库无法知道其它数据库在做什么，因此，在一个DTP环境中，交易中间件是必需的，由它通知和协调相关数据库的提交或回滚。而一个数据库只将其自己所做的操作（可恢复）影射到全局事务中。

XA就是X/Open DTP定义的交易中间件与数据库之间的接口规范（即接口函数），交易中间件用它来通知数据库事务的开始、结束以及提交、回滚等

 

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MySQL分布式事务操作

1. MySQL XA事务的语法

主要有：

# 在mysql实例中开启一个XA事务,指定一个全局唯一标识；

mysql> XA START 'any_unique_id';

# XA事务的操作结束；

mysql> XA END 'any_unique_id ';

# 告知mysql准备提交这个xa事务；

mysql> XA PREPARE 'any_unique_id';

# 告知mysql提交这个xa事务；

mysql> XA COMMIT 'any_unique_id';

# 告知mysql回滚这个xa事务；

mysql> XA ROLLBACK 'any_unique_id';

# 查看本机mysql目前有哪些xa事务处于prepare状态；

mysql> XA RECOVER;

2. XA事务恢复

如果执行分布式事务的mysql crash了，MySQL按照如下逻辑进行恢复：

a. 如果这个xa事务commit了，那么什么也不用做。

b. 如果这个xa事务还没有prepare，那么直接回滚它。

c. 如果这个xa事务prepare了，还没commit， 那么把它恢复到prepare的状态，由用户去决定commit或rollback。

当mysql crash后重新启动之后，执行“XA RECOVER；”查看当前处于prepare状态的xa事务，然后commit或rollback它们。

MySQL分布式事务限制

a. XA事务和本地事务以及锁表操作是互斥的

开启了xa事务就无法使用本地事务和锁表操作

mysql> xa start 't1xa';

Query OK, 0 rows affected (0.04 sec)

mysql> begin;

ERROR 1399 (XAE07): XAER_RMFAIL: The command cannot be executed when global transaction is in theACTIVE state

mysql> lock table t read;

ERROR 1399 (XAE07): XAER_RMFAIL: The command cannot be executed when global transaction is in theACTIVE state

开启了本地事务就无法使用xa事务

mysql> begin;

Query OK, 0 rows affected (0.00 sec)

mysql> xa start 'rrrr';

ERROR 1400 (XAE09): XAER_OUTSIDE: Some work is done outside global transaction

b. xa start之后必须xa end，否则不能执行xa commit和xa rollback

所以如果在执行xa事务过程中有语句出错了，你也需要先xa end一下，然后才能xa rollback。

mysql> xa start 'tt';

Query OK, 0 rows affected (0.00 sec)

mysql> xa rollback 'tt';

ERROR 1399 (XAE07): XAER_RMFAIL: The command cannot be executed when global transaction is in the  ACTIVE state

mysql> xa end 'tt';

Query OK, 0 rows affected (0.00 sec)

mysql> xa rollback 'tt';

Query OK, 0 rows affected (0.00 sec)

MySQL 5.7对分布式事务的支持

一直以来，MySQL数据库是支持分布式事务的，但是只能说是有限的支持，具体表现在：

已经prepare的事务，在客户端退出或者服务宕机的时候，2PC的事务会被回滚。

在服务器故障重启提交后，相应的Binlog被丢失。

上述问题存在于MySQL数据库长达数十年的时间，直到MySQL-5.7.7版本，官方才修复了该问题。下面将会详细介绍下该问题的具体表现和官方修复方法，这里分别采用官方MySQL-5.6.27版本(未修复)和MySQL-5.7.9版本(已修复)进行验证。

先来看下存在的问题，我们先创建一个表如下：

CREATE TABLE t(

id INT AUTO_INCREMENT PRIMARY KEY,

a INT

)ENGINE=InnoDB;

对于上述表，通过如下操作进行数据插入：

mysql> XA START 'mysql56';

mysql> INSERT INTO t VALUES(1,1);

mysql> XA END 'mysql56';

mysql> XA PREPARE 'mysql56';

通过上面的操作，用户创建了一个分布式事务，并且prepare没有返回错误，说明该分布式事务可以被提交。通过命令XA RECOVER查看显示如下结果：

mysql> XA RECOVER;

+----------+--------------+--------------+---------+

| formatID | gtrid_length | bqual_length | data  |

+----------+--------------+--------------+---------+

| 1    | 7      | 0      | mysql56 |

+----------+--------------+--------------+---------+

若这时候用户退出客户端后重连，通过命令xa recover会发现刚才创建的2PC事务不见了。即prepare成功的事务丢失了，不符合2PC协议规范！！！

产生上述问题的主要原因在于：MySQL 5.6版本在客户端退出的时候，自动把已经prepare的事务回滚了，那么MySQL为什么要这样做？这主要取决于MySQL的内部实现，MySQL 5.7以前的版本，对于prepare的事务，MySQL是不会记录binlog的（官方说是减少fsync，起到了优化的作用）。只有当分布式事务提交的时候才会把前面的操作写入binlog信息，所以对于binlog来说，分布式事务与普通的事务没有区别，而prepare以前的操作信息都保存在连接的IO_CACHE中，如果这个时候客户端退出了，以前的binlog信息都会被丢失，再次重连后允许提交的话，会造成Binlog丢失，从而造成主从数据的不一致，所以官方在客户端退出的时候直接把已经prepare的事务都回滚了！

官方的做法，貌似干得很漂亮，牺牲了一点标准化的东西，至少保证了主从数据的一致性。但其实不然，若用户已经prepare后在客户端退出之前，MySQL发生了宕机，这个时候又会怎样？

MySQL在某个分布式事务prepare成功后宕机，宕机前操作该事务的连接并没有断开，这个时候已经prepare的事务并不会被回滚，所以在MySQL重新启动后，引擎层通过recover机制能恢复该事务。当然该事务的Binlog已经在宕机过程中被丢失，这个时候，如果去提交，则会造成主从数据的不一致，即提交没有记录Binlog，从上丢失该条数据。所以对于这种情况，官方一般建议直接回滚已经prepare的事务。

以上是MySQL 5.7以前版本MySQL在分布式事务上的各种问题，那么MySQL 5.7版本官方做了哪些改进？这个可以从官方的WL#6860描述上得到一些信息，我们还是本着没有实践就没有发言权的态度，从具体的操作上来分析下MySQL 5.7的改进方法。还是以上面同样的表结构进行同样的操作如下：

mysql> XA START 'mysql57';

mysql> INSERT INTO t VALUES(1,1);

mysql> XA END 'mysql57';

mysql> XA PREPARE 'mysql57'

这个时候，我们通过mysqlbinlog来查看下Master上的Binlog，结果如下：

 

 

同时也对比下Slave上的Relay log，如下：

 

 

通过上面的操作，明显发现在prepare以后，从XA START到XA PREPARE之间的操作都被记录到了Master的Binlog中，然后通过复制关系传到了Slave上。也就是说MySQL 5.7开始，MySQL对于分布式事务，在prepare的时候就完成了写Binlog的操作，通过新增一种叫XA_prepare_log_event的event类型来实现，这是与以前版本的主要区别(以前版本prepare时不写Binlog)。

当然仅靠这一点是不够的，因为我们知道Slave通过SQL thread来回放Relay log信息，由于prepare的事务能阻塞整个session，而回放的SQL thread只有一个(不考虑并行回放)，那么SQL thread会不会因为被分布式事务的prepare阶段所阻塞，从而造成整个SQL thread回放出现问题？这也正是官方要解决的第二个问题：怎么样能使SQL thread在回放到分布式事务的prepare阶段时，不阻塞后面event的回放？其实这个实现也很简单(在xa.cc::applier_reset_xa_trans)，只要在SQL thread回放到prepare的时候，进行类似于客户端断开连接的处理即可(把相关cache与SQL thread的连接句柄脱离)。最后在Slave服务器上，用户通过命令XA RECOVER可以查到如下信息：

mysql> XA RECOVER;

+----------+--------------+--------------+---------+

| formatID | gtrid_length | bqual_length | data  |

+----------+--------------+--------------+---------+

| 1    | 7      | 0      | mysql57 |

+----------+--------------+--------------+---------+

至于上面的事务什么时候提交，一般等到Master上进行XA COMMIT  ‘mysql57’后，slave上也同时会被提交。

总结

综上所述，MySQL 5.7对于分布式事务的支持变得完美了，一个长达数十年的bug又被修复了，因而又多了一个升级到MySQL 5.7版本的理由。