2PC(两阶段提交)【XA 与 Seata方案】
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一、概述
2PC(two phase commit protocol,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指两个阶段,P指准备阶段,C指提交阶段。整个事务过程由事务管理器和参与者组成,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数据库如 Oracle、MySQL 都支持两阶段提交协议。下面是计算机数据库进行两阶段提交的说明:
【1】准备阶段(Prepare phase):事务管理器给每个参与者 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 日志是记录修改的数据,用于数据回滚,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(Commit phase):如果事务管理器收到了参与者的执行失败或者超时消息,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资源。
【成功情况】:
二、解决方案【XA】
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,需要制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)。
【举个例子】:新用户注册送积分
三、解决方案【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。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,无须数据库支持 XA协议,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,因此从业务无侵入的 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:
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通信协调各各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)事务的提交和回滚。
【新用户注册送积分 Seata的分布式事务过程】:
【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;
【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层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,这样就可以省去 Phase2持锁的时间,整体提高效率。
四、Seata实现2PC事务
【业务说明】:本示例通过 Seata中间件实现分布式事务,模拟三个账户的转账交易过程。两个账户在三个不同的银行(张三在bank1、李四在bank2),bank1和bank2是两个微服务。交易过程是,张三给李四转账指定金额。
【开发环境】:【数据库】:MySQL-5.7.25 包括 bank1和 bank2两个数据库;
【JDK】:64位 jdk1.8.0_201;
【微服务框架】:spring-boot-2.1.3、spring-cloud-Greenwich.RELEASE;
【Seata客户端(RM、TM)】:spring-cloud-alibaba-seata-2.1.0.RELEASE;
【Seata服务端(TC)】:seata-server-0.7.1;
【微服务及数据库的关系】 :【1】dtx/dtx-seata-demo/seata-demo-bank1 银行1,操作张三账户, 连接数据库bank1;
【2】dtx/dtx-seata-demo/seata-demo-bank2 银行2,操作李四账户,连接数据库bank2;
【服务注册中心】:dtx/discover-server;
【核心代码粘贴】:【1】张三的服务,开启全局事务 @GlobalTransaction和本地事务 @Transactional,并远程调用李四服务。GlobalTransactionalInterceptor 会拦截 @GlobalTransactional注解的方法,生成全局事务ID(XID),XID会在整个分布式事务中传递。 在远程调用时,spring-cloud-alibaba-seata会拦截 Feign调用将 XID传递到下游服务。
【2】李四服务核心代码,只需要开启本地服务即可。
五、怎么使用Seata框架,来保证事务的隔离性?
因 seata一阶段本地事务已提交,为防止其他事务脏读脏写需要加强隔离。
【1】脏读 select语句加 for update(会去申请全局锁),代理方法增加 @GlobalLock或 @GlobalTransaction;
【2】脏写 必须使用 @GlobalTransaction;
【3】注:如果你查询的业务的接口没有 GlobalTransactional 包裹,也就是这个方法上压根没有分布式事务的需求,这时你可以在方法上标注 @GlobalLock注解,并且在查询语句上加 for update。 如果你查询的接口在事务链路上外层有GlobalTransactional注解,那么你查询的语句只要加for update就行。设计这个注解的原因是在没有这个注解之前,需要查询分布式事务读已提交的数据,但业务本身不需要分布式事务。 若使用 GlobalTransactional注解就会增加一些没用的额外的 rpc开销比如 begin 返回xid,提交事务等。GlobalLock简化了 rpc过程,使其做到更高的性能。
总结
传统2PC(基于数据库 XA协议)和Seata实现 2PC的两种 2PC方案,由于Seata的0侵入性并且解决了传统 2PC长期锁资源的问题,所以推荐采用 Seata实现2PC。 Seata实现2PC要点:
【1】全局事务开始使用 @GlobalTransactional标识;
【2】每个本地事务方案仍然使用@Transactional标识;
【3】每个数据都需要创建 undo_log表,此表是 seata保证本地事务一致性的关键;
seata 是可以对多个数据源进行事务控制的,前提是一个分支事务操作一个数据源;