分布式事务(2)之分布式事务解决方案之2PC(两阶段提交)

心已赠人 2022-10-15 12:58 16阅读 0赞

**目录**

一、什么是2PC

2.解决方案

2.1XA方案

2.2 Seata解决方案

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前面已经学习了分布式事务的基础理论，以理论为基础，针对不同的分布式场景业界常见的解决方案有2PC、TCC、可靠消息最终一致性、最大努力通知这几种。

# 一、什么是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意，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数据库如Oracle、MySQL支持两阶段提交协议，如下图：

1. **准备阶段（Prepare phase）**：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（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的两个阶段，分成功和失败两个情况说明：

成功情况：

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失败情况：

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# 2.解决方案 #

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）。

为了让大家更明确XA方案的内容程，下面新用户注册送积分为例来说明：

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2pva2VNcWM_size_16_color_FFFFFF_t_70 2][]

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他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。

## 2.1XA方案 ##

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。

总结：整个2PC的事务流程涉及到三个角色AP、RM、TM。AP指的是使用2PC分布式事务的应用程序；RM指的是资源管理器，它控制着分支事务；TM指的是事务管理器，它控制着整个全局事务。

1）在准备阶段RM执行实际的业务操作，但不提交事务，资源锁定；

2）在提交阶段TM会接受RM在准备阶段的执行回复，只要有任一个RM执行失败，TM会通知所有RM执行回滚操作，否则，TM将会通知所有RM提交该事务。提交阶段结束资源锁释放。

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，性能较差。

## 2.2 Seata解决方案 ##

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，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把分布式事务理解成一个包含若干事务的全局事务。全局事务的职责就是其下管辖的分支事务达成一致，要么一起成功提交，要么就一起失败回滚，此外，分支事务通常本身就是一个本地事务，下午就是全局事务跟分支事务之间的关系图：

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与传统的2PC的模型类型，Seata定义了三个组件来协调分布式事务的处理过程：

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2pva2VNcWM_size_16_color_FFFFFF_t_70 4][]

*  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。

还拿注册用户送积分的过程来讲解Seata的分布式事务过程：

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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且会返回一个全局事务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对应的全局事务的管辖。
3.  用户服务执行分支事务，插入一条用户纪录。
4.  逻辑执行到调用远程服务时(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逻辑，并将其纳入XID对应的全局事务管辖中。
5.  积分服务执行分支事务，向积分服务表插入一条记录，执行成功，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的全局提交或者回滚协议。
8.  TC协调器调度XID下管辖的全部分支事务进行提交或者回滚。

**Seata实现2PC与传统2PC的差别：**

架构层次方面，**传统的2PC**的RM实际上实在数据层，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包的方式作为中间件部署在应用程序这一侧。

两阶段提交方面，**传统的2PC**无论第二阶段的决议是commint还是rollback,事务性的资源的锁都要保持到Phase2完成之后才能释放，而Seata的做法实在Phase1就将本地事务进行提交，这样子就省去了Phase2的持锁时间，整体提高效率。

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