强一致性分布式事务XA 浅析

￡神魔★判官ぃ 2023-09-28 14:40 151阅读 0赞

### 一、前言 ###

**分布式事务：分布式条件下,多个节点操作的整体事务一致性。**

> 特别是在微服务场景下,业务 A 和业务 B 关联,事务 A 成功,事务 B 失败,由于跨系统, 就会导致不被感知。 此时从整体来看,数据是不一致的。

**分布式事务中的两大基本理论：`CAP` 理论 与 `Base` 理论。**

**分布式事务解决方案可以分为：**

*  强一致性分布式事务解决方案：基于 `CAP` 理论
 *  最终一致性分布式事务解决方案：基于 `Base` 理论

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#### 强一致性分布式解决方案 ####

**在强一致性事务解决方案中，典型的方案包括：**

*  `DTP` 模型（全局事务模型）：基于 `DTP` 模型，典型的解决方案是分布式通信协议 `XA` 规范
 *  `2PC` 模型（二阶段提交模型）
 *  `3PC` 模型（三阶段提交模型）

（1）`DTP` 模型

> `DTP` 模型是 `X/Open` 组织定义的一套**分布式事务标准**，这套标准主要定义了实现分布式事务的规范和 `API`。

**`DTP` 模型的重要概念：**

1.  事务：一个事务就是一个完整的工作单元，具备 `ACID` 特性。
2.  全局事务：由事务管理器管理的事务，能够一次性操作多个资源管理器。
3.  分支事务：由事务管理器管理的全局事务中，每个资源管理器中独立执行的事务。
4.  控制线程：执行全局事务的线程，这个线程用来关联应用程序、事务管理器和资源管理器三者之间的关系，

**在 `DTP` 模型中，定义了 3个核心组件：**

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1.  **应用程序（`AP`）**：参与 `DTP` 分布式事务模型的应用程序。
2.  **事务管理器（`TM`）**：负责协调和管理 `DTP` 模型中的事务，为应用程序提供编程接口，同时管理资源管理器。
3.  **资源管理器（`RM`）**：数据库管理系统或消息服务管理器。

（2）`2PC` 模型

**两阶段提交（`Two-phase Commit`, `2PC`）算法，经常用来实现分布式事务。**

**`2PC` 模型两阶段执行流程：**

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1.  **`Prepare` 准备阶段**：在本地执行相应的事务，但**事务并没有提交**。
2.  **`Commit` 提交阶段**：发送 **回滚消息** 或者 **提交消息**。

**`2PC` 模型存在的问题：**

1.  **同步阻塞问题：**事务的执行过程中，所有参与事务的节点都会对其占用的公共资源加锁，导致其他访问公共资源的进程或者线程阻塞。
2.  **单点故障问题：**如果事务管理器发生故障，则资源管理器会一直阻塞。
3.  **数据不一致问题：**如果在 `Commit` 阶段，由于网络或者部分资源管理器发生故障，导致部分资源管理器没有接收到事务管理器发送过来的 `Commit` 消息，会引起数据不一致的问题。
4.  **无法解决的问题：**如果在 `Commit` 阶段，事务管理器发出 `Commit` 消息后宕机，并且唯一接收到这条 `Commit` 消息的资源管理器也宕机了，则无法确认事务是否已经提交。

（3）`3PC` 模型

> `3PC` 模型是指三阶段提交模型，是在 `2PC` 模型的基础上改进的版本。

**`3PC` 模型把 `2PC` 模型中的 `Prepare` 阶段一分为二，形成 3个阶段：**

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1.  `CanCommit` 阶段：询问是否能够执行事务。
2.  `PreCommit` 阶段：执行事务操作。
3.  `doCommit` / `doRollback` 阶段：正式提交事务。

`3PC` 模型主要解决了 **单点故障问题**，并减少了事务执行过程中产生的阻塞现象。

### 二、`XA` 强一致性分布式事务原理 ###

**`XA` 规范：**

*  `xa_start`: 负责开启或者恢复一个事务分支，并且管理 `XID` 到调用线程。
 *  `xa_end`: 负责取消当前线程与事务分支的关联。
 *  `xa_prepare`: 询问 `RM` 是否准备好提交事务分支。
 *  —————— 第一阶段提交 —————————
    
    > 如果是单机，可以直接跳过 `prepare` 和第二阶段，输入 `one phase commit 事务id` 直接进行提交即可。
 *  `xa_commit`: 通知 `RM` 提交事务分支。
 *  `xa_rollback`: 通知 `RM` 回滚事务分支。
 *  `xa_recover`: 需要恢复的 `XA` 事务。
 *  —————— 第二阶段提交 —————————

**`XA` 二阶段提交：**

*  一阶段：执行 `XA PREPARE` 语句。
 *  二阶段：执行 `XA`

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