什么是 “分布式事務(wù)” ？

對(duì)于分布式事務(wù)，相信所有人都應(yīng)該很了解，為什么會(huì)有分布式事務(wù)？無(wú)論是數(shù)據(jù)量導(dǎo)致的分庫(kù)，還是現(xiàn)在微服務(wù)盛行的場(chǎng)景都是他出現(xiàn)的原因。

這一篇內(nèi)容還是避免不了俗套，主要的范圍無(wú)非是XA、2PC、3PC、TCC，再最后到Seata。

但是，我認(rèn)為這東西，只是適用于面試和理論的了解，你真要說(shuō)這些方案實(shí)際生產(chǎn)中有人用嗎？

有，但是會(huì)實(shí)現(xiàn)的更簡(jiǎn)單，不會(huì)套用理論來(lái)實(shí)現(xiàn)，大廠有大廠的解決方案，中小公司用框架或者壓根就不存在分布式事務(wù)的問題。

那，為什么還要寫這個(gè)？

為了你面試八股文啊，小可愛。

事務(wù)

要說(shuō)分布式事務(wù)，首先還是從事務(wù)的基本特征說(shuō)起。

A原子性：在事務(wù)的執(zhí)行過(guò)程中，要么全部執(zhí)行成功，要么都不成功。

C一致性：事務(wù)在執(zhí)行前后，不能破壞數(shù)據(jù)的完整性。一致性更多的說(shuō)的是通過(guò)AID來(lái)達(dá)到目的，數(shù)據(jù)應(yīng)該符合預(yù)先的定義和約束，由應(yīng)用層面來(lái)保證，還有的說(shuō)法是C是強(qiáng)行為了ACID湊出來(lái)的。

I隔離性：多個(gè)事務(wù)之間是互相隔離的，事務(wù)之間不能互相干擾，涉及到不同事務(wù)的隔離級(jí)別的問題。

D持久性：一旦事務(wù)提交，數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)的狀態(tài)就應(yīng)該是永久性的。

XA

XA（eXtended Architecture）是指由X/Open 組織提出的分布式事務(wù)處理的規(guī)范，他是一個(gè)規(guī)范或者說(shuō)是協(xié)議，定義了事務(wù)管理器TM(Transaction Manager)，資源管理器RM(Resource Manager)，和應(yīng)用程序。

事務(wù)管理器TM就是事務(wù)的協(xié)調(diào)者，資源管理器RM可以認(rèn)為就是一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)。

2PC

XA定義了規(guī)范，那么2PC和3PC就是他的具體實(shí)現(xiàn)方式。

2PC叫做二階段提交，分為投票階段和執(zhí)行階段兩個(gè)階段。

投票階段

TM向所有的參與者發(fā)送prepare請(qǐng)求，詢問是否可以執(zhí)行事務(wù)，等待各個(gè)參與者的響應(yīng)。

這個(gè)階段可以認(rèn)為只是執(zhí)行了事務(wù)的SQL語(yǔ)句，但是還沒有提交。

如果都執(zhí)行成功了就返回YES，否則返回NO。

執(zhí)行階段

執(zhí)行階段就是真正的事務(wù)提交的階段，但是要考慮到失敗的情況。

如果所有的參與者都返回YES，那么就執(zhí)行發(fā)送commit命令，參與者收到之后執(zhí)行提交事務(wù)。

反之，只要有任意一個(gè)參與者返回的是NO的話，就發(fā)送rollback命令，然后執(zhí)行回滾的操作。

2PC的缺陷

1. 同步阻塞，可以看到，在執(zhí)行事務(wù)的過(guò)程當(dāng)中，所有數(shù)據(jù)庫(kù)的資源都被鎖定，如果這時(shí)候有其他人來(lái)訪問這些資源，將會(huì)被阻塞，這是一個(gè)很大的性能問題。
2. TM單點(diǎn)問題，只要一個(gè)TM，一旦TM宕機(jī)，那么整個(gè)流程無(wú)法繼續(xù)完成。
3. 數(shù)據(jù)不一致，如果在執(zhí)行階段，參與者腦裂或者其他故障導(dǎo)致沒有收到commit請(qǐng)求，部分提交事務(wù)，部分未提交，那么數(shù)據(jù)不一致的問題就產(chǎn)生了。

3PC

既然2PC有這么多問題，所以就衍生出了3PC的概念，也叫做三階段提交，他把整個(gè)流程分成了CanCommit、PreCommit、DoCommit三個(gè)步驟，相比2PC，增加的就是CanCommit階段。

CanCommit

這個(gè)階段就是先詢問數(shù)據(jù)庫(kù)是否執(zhí)行事務(wù)，發(fā)送一個(gè)canCommit的請(qǐng)求去詢問，如果可以的話就返回YES，反之返回NO。

PreCommit

這個(gè)階段就等同于2PC的投票階段了，發(fā)送preCommit命令，然后去執(zhí)行SQL事務(wù)，成功就返回YES，反之返回NO。

但是，這個(gè)地方的區(qū)別在于參與者有了超時(shí)機(jī)制，如果參與者超時(shí)未收到doCommit命令的話，將會(huì)默認(rèn)去提交事務(wù)。

DoCommit

DoCommit階段對(duì)應(yīng)到2PC的執(zhí)行階段，如果上一個(gè)階段都是收到Y(jié)ES的話，那么就發(fā)送doCommit命令去提交事務(wù)，反之則會(huì)發(fā)送abort命令去中斷事務(wù)的執(zhí)行。

相比2PC的改進(jìn)

對(duì)于2PC的同步阻塞的問題，我們可以看到因?yàn)?PC加入了參與者的超時(shí)機(jī)制，所以原來(lái)2PC的如果某個(gè)參與者故障導(dǎo)致的同步阻塞的問題時(shí)間縮短了，這是一個(gè)優(yōu)化，但是并沒有完全避免。

第二個(gè)單點(diǎn)故障的問題，同樣因?yàn)槌瑫r(shí)機(jī)制的引入，一定程度上也算是優(yōu)化了。

但是數(shù)據(jù)不一致的問題，這個(gè)始終沒有得到解決。

舉個(gè)栗子：

在PreCommit階段，某個(gè)參與者發(fā)生腦裂，無(wú)法收到TM的請(qǐng)求，這時(shí)候其他參與者執(zhí)行abort事務(wù)回滾，而腦裂的參與者超時(shí)之后繼續(xù)提交事務(wù)，還是有可能發(fā)生數(shù)據(jù)不一致的問題。

那么，為什么要加入DoCommit這個(gè)階段呢？就是為了引入超時(shí)機(jī)制，事先我們先確認(rèn)數(shù)據(jù)庫(kù)是否都可以執(zhí)行事務(wù)，如果都OK，那么才會(huì)進(jìn)入后面的步驟，所以既然都可以執(zhí)行，那么超時(shí)之后說(shuō)明發(fā)生了問題，就自動(dòng)提交事務(wù)。

TCC

TCC的模式叫做Try、Confirm、Cancel，實(shí)際上也就是2PC的一個(gè)變種而已。

實(shí)現(xiàn)這個(gè)模式，一個(gè)事務(wù)的接口需要拆分成3個(gè)，也就是Try預(yù)占、Confirm確認(rèn)提交、最后Cancel回滾。

對(duì)于TCC來(lái)說(shuō)，實(shí)際生產(chǎn)我基本上就沒看見過(guò)有人用，考慮到原因，首先是程序員的本身素質(zhì)參差不齊，多個(gè)團(tuán)隊(duì)協(xié)作你很難去約束別人按照你的規(guī)則來(lái)實(shí)現(xiàn)，另外一點(diǎn)就是太過(guò)于復(fù)雜。

如果說(shuō)有簡(jiǎn)單的應(yīng)用的話，庫(kù)存的應(yīng)用或許可以算做是一個(gè)。

一般庫(kù)存的操作，很多實(shí)現(xiàn)方案里面都會(huì)會(huì)在下單的時(shí)候先預(yù)占庫(kù)存，下單成功之后再實(shí)際去扣減庫(kù)存，最終如果發(fā)生了異常再回退。

凍結(jié)、預(yù)占庫(kù)存就是2PC的準(zhǔn)備階段，真正下單成功去扣減庫(kù)存就是2PC的提交階段，回滾就是某個(gè)發(fā)生異常的回滾操作，只不過(guò)在應(yīng)用層面來(lái)實(shí)現(xiàn)了2PC的機(jī)制而已。

SAGA

Saga源于1987 年普林斯頓大學(xué)的 Hecto 和 Kenneth 發(fā)表的如何處理 long lived transaction（長(zhǎng)活事務(wù)）論文。

主要思想就是將長(zhǎng)事務(wù)拆分成多個(gè)本地短事務(wù)。

如果全部執(zhí)行成功，就正常完成了，反之，則會(huì)按照相反的順序依次調(diào)用補(bǔ)償。

SAGA模式有兩種恢復(fù)策略：

1. 向前恢復(fù)，這個(gè)模式偏向于一定要成功的場(chǎng)景，失敗則會(huì)進(jìn)行重試
2. 向后恢復(fù)，也就是發(fā)生異常的子事務(wù)依次回滾補(bǔ)償

由于這個(gè)模式在國(guó)內(nèi)基本沒看見有誰(shuí)用的，不在贅述。

消息隊(duì)列

基于消息隊(duì)列來(lái)實(shí)現(xiàn)最終一致性的方案，這個(gè)相比前面的我個(gè)人認(rèn)為還稍微靠譜一點(diǎn)，那些都是理論啊，正常生產(chǎn)的實(shí)現(xiàn)很少看見應(yīng)用。

基于消息隊(duì)列的可能真正在應(yīng)用的還稍微多一點(diǎn)。

一般來(lái)說(shuō)有兩種方式，基于本地消息表和依賴MQ本身的事務(wù)消息。

本地消息表的這個(gè)方案其實(shí)更復(fù)雜，實(shí)際上我也沒看到過(guò)真正誰(shuí)來(lái)用。這里我以RocketMQ的事務(wù)消息來(lái)舉例，這個(gè)方式相比本地消息表則更完全依賴MQ本身的特性做了解耦，釋放了業(yè)務(wù)開發(fā)的復(fù)雜工作量。

1. 業(yè)務(wù)發(fā)起方，調(diào)用遠(yuǎn)程接口，向MQ發(fā)送一條半事務(wù)消息，MQ收到消息之后會(huì)返回給生產(chǎn)者一個(gè)ACK
2. 生產(chǎn)者收到ACK之后，去執(zhí)行事務(wù)，但是事務(wù)還沒有提交。
3. 生產(chǎn)者會(huì)根據(jù)事務(wù)的執(zhí)行結(jié)果來(lái)決定發(fā)送commit提交或者rollback回滾到MQ
4. 這一點(diǎn)是發(fā)生異常的情況，比如生產(chǎn)者宕機(jī)或者其他異常導(dǎo)致MQ長(zhǎng)時(shí)間沒有收到commit或者rollback的消息，這時(shí)候MQ會(huì)發(fā)起狀態(tài)回查。
5. MQ如果收到的是commit的話就會(huì)去投遞消息，消費(fèi)者正常消費(fèi)消息即可。如果是rollback的話，則會(huì)在設(shè)置的固定時(shí)間期限內(nèi)去刪除消息。

這個(gè)方案基于MQ來(lái)保證消息事務(wù)的最終一致性，還算是一個(gè)比較合理的解決方案，只要保證MQ的可靠性就可以正常實(shí)施應(yīng)用，業(yè)務(wù)消費(fèi)方根據(jù)本身的消息重試達(dá)到最終一致性。

框架

以上說(shuō)的都是理論和自己實(shí)現(xiàn)的方式，那么分布式事務(wù)就沒有框架來(lái)解決我們的問題嗎？

有，其實(shí)還不少，但是沒有能扛旗者出現(xiàn)，要說(shuō)有，阿里的開源框架Seata還有阿里云的GTS。

GTS（Global Transaction Service 全局事務(wù)服務(wù)）是阿里云的中間件產(chǎn)品，只要你用阿里云，付錢就可以用GTS。

Seata（Simple Extensible Autonomous Transaction Architecture）則是開源的分布式事務(wù)框架，提供了對(duì)TCC、XA、Saga以及AT模式的支持。

那么，GTS和Seata有什么關(guān)系呢？

實(shí)際上最開始的時(shí)候他們都是基于阿里內(nèi)部的TXC（Taobao Transaction Constructor）分布式中間件產(chǎn)品，然后TXC經(jīng)過(guò)改造上了阿里云就叫做GTS。

之后阿里的中間件團(tuán)隊(duì)基于TXC和GTS做出了開源的Seata，其中AT（Automatic Transaction）模式就是GTS原創(chuàng)的方案。

至于現(xiàn)在的版本，可以大致認(rèn)為他們就是一樣的就行了，到2020年，GTS已經(jīng)全面兼容了Seata的 GA 版本。

整個(gè)GTS或者Seata包含以下幾個(gè)核心組件：

• Transaction Coordinator（TC）：事務(wù)協(xié)調(diào)器，維護(hù)全局事務(wù)的運(yùn)行狀態(tài)，負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)并驅(qū)動(dòng)全局事務(wù)的提交或回滾。
• Transaction Manager（TM）：控制全局事務(wù)的邊界，負(fù)責(zé)開啟一個(gè)全局事務(wù)，并最終發(fā)起全局提交或全局回滾的決議。
• Resource Manager（RM）：控制分支事務(wù)，負(fù)責(zé)分支注冊(cè)、狀態(tài)匯報(bào)，并接收事務(wù)協(xié)調(diào)器的指令，驅(qū)動(dòng)分支（本地）事務(wù)的提交和回滾。

無(wú)論對(duì)于TCC還是原創(chuàng)的AT模式的支持，整個(gè)分布式事務(wù)的原理其實(shí)相對(duì)來(lái)說(shuō)還是比較容易理解。

1. 事務(wù)開啟時(shí)，TM向TC注冊(cè)全局事務(wù)，并且獲得全局事務(wù)XID
2. 這時(shí)候多個(gè)微服務(wù)的接口發(fā)生調(diào)用，XID就會(huì)傳播到各個(gè)微服務(wù)中，每個(gè)微服務(wù)執(zhí)行事務(wù)也會(huì)向TC注冊(cè)分支事務(wù)。
3. 之后TM就可以管理針對(duì)每個(gè)XID的事務(wù)全局提交和回滾，RM完成分支的提交或者回滾。

AT模式

原創(chuàng)的AT模式相比起TCC的方案來(lái)說(shuō)，無(wú)需自己實(shí)現(xiàn)多個(gè)接口，通過(guò)代理數(shù)據(jù)源的形式生成更新前后的UNDO_LOG，依靠UNDO_LOG來(lái)實(shí)現(xiàn)回滾的操作。

執(zhí)行的流程如下：

1. TM向TC注冊(cè)全局事務(wù)，獲得XID
2. RM則會(huì)去代理JDBC數(shù)據(jù)源，生成鏡像的SQL，形成UNDO_LOG，然后向TC注冊(cè)分支事務(wù)，把數(shù)據(jù)更新和UNDO_LOG在本地事務(wù)中一起提交
3. TC如果收到commit請(qǐng)求，則會(huì)異步去刪除對(duì)應(yīng)分支的UNDO_LOG，如果是rollback，就去查詢對(duì)應(yīng)分支的UNDO_LOG，通過(guò)UNDO_LOG來(lái)執(zhí)行回滾

TCC模式

相比AT模式代理JDBC數(shù)據(jù)源生成UNDO_LOG來(lái)生成逆向SQL回滾的方式，TCC就更簡(jiǎn)單一點(diǎn)了。

1. TM向TC注冊(cè)全局事務(wù)，獲得XID
2. RM向TC注冊(cè)分支事務(wù)，然后執(zhí)行Try方法，同時(shí)上報(bào)Try方法執(zhí)行情況
3. 然后如果收到TC的commit請(qǐng)求就執(zhí)行Confirm方法，收到rollback則執(zhí)行Cancel

XA模式

1. TM向TC注冊(cè)全局事務(wù)，獲得XID
2. RM向TC注冊(cè)分支事務(wù)，XA Start，執(zhí)行SQL，XA END，XA Prepare，然后上報(bào)分支執(zhí)行情況
3. 然后如果收到TC的commit請(qǐng)求就執(zhí)行Confirm方法，收到rollback則執(zhí)行Cancel

SAGA模式

1. TM向TC注冊(cè)全局事務(wù)，獲得XID
2. RM向TC注冊(cè)分支事務(wù)，然后執(zhí)行業(yè)務(wù)方法，并且上報(bào)分支執(zhí)行情況
3. RM收到分支回滾，執(zhí)行對(duì)應(yīng)的業(yè)務(wù)回滾方法

總結(jié)

這里從事務(wù)的ACID開始，向大家先說(shuō)了XA是分布式事務(wù)處理的規(guī)范，之后談到2PC和3PC，2PC有同步阻塞、單點(diǎn)故障和數(shù)據(jù)不一致的問題，3PC在一定程度上解決了同步阻塞和單點(diǎn)故障的問題，但是還是沒有完全解決數(shù)據(jù)不一致的問題。

之后說(shuō)到TCC、SAGA、消息隊(duì)列的最終一致性的方案，TCC由于實(shí)現(xiàn)過(guò)于麻煩和復(fù)雜，業(yè)務(wù)很少應(yīng)用，SAGA了解即可，國(guó)內(nèi)也很少有應(yīng)用到的，消息隊(duì)列提供了解耦的實(shí)現(xiàn)方式，對(duì)于中小公司來(lái)說(shuō)可能是較為低成本的實(shí)現(xiàn)方式。

最后再說(shuō)目前國(guó)內(nèi)的實(shí)現(xiàn)框架，云端阿里云的GTS兼容Seata，非云端使用Seata，它提供了XA、TCC、AT、SAGA的解決方案，可以說(shuō)是目前的主流選擇。