背景

分布式事務(wù)，后端開(kāi)發(fā)中比較常見(jiàn)啦。因?yàn)樵诿嬖嚨臅r(shí)候，總是有interviewers讓我給他普及一下分布式事務(wù)，雖然我會(huì)的也不多呀但是還是淺淺說(shuō)一說(shuō)；

今天心血來(lái)潮，好好地總結(jié)一下分布式事務(wù)，希望每一位后端工程師都能徹底理解分布式事務(wù)。

什么是分布式事務(wù)?

答：既然是分布式，首先必然是分布式系統(tǒng)中的一個(gè)概念啦。單體應(yīng)用沒(méi)這個(gè)東西，也不需要這個(gè)東西。本地事務(wù)就夠啦，Spring給我們提供的注解@Transactional, InnoDB引擎會(huì)為我們保證事務(wù)的ACID特性。但是分布式系統(tǒng)中，目前大多數(shù)互聯(lián)網(wǎng)公司都在用分布式系統(tǒng)，微服務(wù)架構(gòu)等。所以，學(xué)好分布式事務(wù)太有必要。

廢話不多說(shuō)，直接上原理。

總結(jié)來(lái)說(shuō)，分布式事務(wù)涉及了多個(gè)獨(dú)立的數(shù)據(jù)源（數(shù)據(jù)庫(kù)）或者參與者的事務(wù)操作，這些數(shù)據(jù)源分布在不同的計(jì)算機(jī)或網(wǎng)絡(luò)中；分布式事務(wù)確保在不同節(jié)點(diǎn)之間的多個(gè)操作要么全部成功，要么全部失敗。

分布式事務(wù)解決方案

2PC（XA協(xié)議）

兩階段提交協(xié)議，也叫XA協(xié)議。主要包含兩個(gè)階段，第一個(gè)階段是預(yù)備階段，第二個(gè)階段是提交階段。

2PC協(xié)議首先有分事務(wù)協(xié)調(diào)者角色和事務(wù)參與者。協(xié)調(diào)者是事先指定好的一個(gè)節(jié)點(diǎn)。參與者是一些涉及到數(shù)據(jù)庫(kù)操作的表，暫時(shí)可以這樣理解。這些多個(gè)參與者一般是分布在不同的節(jié)點(diǎn)上。

• 準(zhǔn)備階段。協(xié)調(diào)者向所有參與者發(fā)送事務(wù)準(zhǔn)備請(qǐng)求，參與者執(zhí)事務(wù)操作，并回復(fù)協(xié)調(diào)者準(zhǔn)備就緒的消息；如果多個(gè)參與者中有一個(gè)參與者未準(zhǔn)備就緒或者發(fā)生錯(cuò)誤，那么協(xié)調(diào)者會(huì)發(fā)送中止請(qǐng)求。只有所有參與者都回復(fù)準(zhǔn)備就緒，才會(huì)進(jìn)入第二階段。
• 提交階段。所有參與者都已經(jīng)準(zhǔn)備就緒，協(xié)調(diào)者分別發(fā)送提交的消息，參與者收到消息以后，執(zhí)行事務(wù)的提交操作，并向協(xié)調(diào)者回復(fù)提交完成。協(xié)調(diào)者收到了所有事務(wù)參與者提交完成的消息后，整個(gè)分布式事務(wù)才算提交完成。如果有一個(gè)參與者未能提交或者發(fā)生錯(cuò)誤，那么協(xié)調(diào)者會(huì)向所有參與者發(fā)送中止請(qǐng)求，進(jìn)行事務(wù)的回滾操作。

如何評(píng)價(jià)2PC？

1、2PC有單點(diǎn)故障的問(wèn)題。一旦事務(wù)協(xié)調(diào)者故障（因?yàn)槭鞘褂玫搅四硞€(gè)節(jié)點(diǎn)嘛），那么整個(gè)事務(wù)將無(wú)法繼續(xù)進(jìn)行，陷入故障。

2、數(shù)據(jù)不一致。如果協(xié)調(diào)者在發(fā)送提交信息時(shí)，只有部分參與者收到了消息，并執(zhí)行了提交，此時(shí)網(wǎng)絡(luò)異常，就導(dǎo)致只有部分參與者執(zhí)行了事物的提交，另一部分則沒(méi)有提交，從而造成一個(gè)數(shù)據(jù)不一致性。

3、阻塞風(fēng)險(xiǎn)。如果準(zhǔn)備階段，有一個(gè)參與者無(wú)法響應(yīng)或者失敗，那么整個(gè)系統(tǒng)都會(huì)陷入阻塞狀態(tài)，等待超時(shí)處理。

4、性能問(wèn)題。整個(gè)鏈路是串行的，響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，不適合高并發(fā)的場(chǎng)景。

3PC

三階段提交又稱3PC，相對(duì)于2PC來(lái)說(shuō)增加了CanCommit階段和超時(shí)機(jī)制。如果某段時(shí)間內(nèi)沒(méi)有收到協(xié)調(diào)者的commit請(qǐng)求，那么就會(huì)自動(dòng)進(jìn)行commit，解決了2PC單點(diǎn)故障的問(wèn)題。

但是性能問(wèn)題和數(shù)據(jù)不一致性問(wèn)題還是沒(méi)解決。3PC的步驟是這樣的：

• 1、詢問(wèn)節(jié)點(diǎn)。CanCommit, 首先詢問(wèn)參與者，是否有能力完成此次事務(wù)？如果都返回yes，則進(jìn)入第二階段有一個(gè)返回no或等待響應(yīng)超時(shí)，則中斷事務(wù)，并向所有參與者發(fā)送abort請(qǐng)求。
• 2、準(zhǔn)備階段；同2PC。需要注意的是，參與者收到消息后開(kāi)始執(zhí)行事務(wù)操作，會(huì)首先將Undo和Redo信息記錄到事務(wù)日志中。參與者執(zhí)行完事務(wù)操作后，向協(xié)調(diào)者反饋ACK, 表示已經(jīng)準(zhǔn)備好提交了。
• 3、提交階段。同2PC。

TCC

TCC ，Try, Confirm, Cancel; 其實(shí)是采用的補(bǔ)償機(jī)制，其核心思想是：針對(duì)每個(gè)操作，都要注冊(cè)一個(gè)與其對(duì)應(yīng)的確認(rèn)和補(bǔ)償（撤銷）操作。

它分為三個(gè)階段：

• 1、Try, 對(duì)業(yè)務(wù)系統(tǒng)做檢測(cè)及資源預(yù)留；
• 2、Confirm主要對(duì)業(yè)務(wù)系統(tǒng)做確認(rèn)提交；try階段執(zhí)行成功，并開(kāi)始執(zhí)行confirm，默認(rèn)是不會(huì)出錯(cuò)的；只要Try成功，那么Confirm 一定會(huì)成功。
• 3、Cancle, 主要是在業(yè)務(wù)執(zhí)行錯(cuò)誤，需要回滾的狀態(tài)下執(zhí)行的業(yè)務(wù)取消，對(duì)預(yù)留資源釋放！

舉個(gè)例子，假入 Bob 要向 Smith 轉(zhuǎn)賬，思路大概是：我們有一個(gè)本地方法，里面依次調(diào)用

1、首先在 Try 階段，要先調(diào)用遠(yuǎn)程接口把 Smith 和 Bob 的錢(qián)給凍結(jié)起來(lái)。凍結(jié)可以理解為一種特殊的扣減，以放在后續(xù)轉(zhuǎn)賬的時(shí)候，金額不夠轉(zhuǎn)。并發(fā)訪問(wèn)的時(shí)候，凍結(jié)操作需要加分布式鎖，避免我在執(zhí)行凍結(jié)扣減的時(shí)候，此時(shí)的金額發(fā)生了變化，導(dǎo)致凍結(jié)失敗或者不一致性?？蹨p以后，生成一條凍結(jié)交易記錄，表示該凍結(jié)操作成功。

2、在 Confirm 階段，執(zhí)行遠(yuǎn)程調(diào)用的轉(zhuǎn)賬的操作，轉(zhuǎn)賬成功；成功后查詢出凍結(jié)交易記錄，將凍結(jié)狀態(tài)變更為已解凍；

3、如果第2步執(zhí)行成功，那么轉(zhuǎn)賬成功，如果第二步執(zhí)行失敗，則調(diào)用遠(yuǎn)程凍結(jié)接口對(duì)應(yīng)的解凍接口，將數(shù)據(jù)恢復(fù)為凍結(jié)前的樣子。

Try部分完成業(yè)務(wù)的準(zhǔn)備工作，confirm部分完成業(yè)務(wù)的提交，cancel部分完成事務(wù)的回滾。基本原理如下圖所示：

如上圖所示，每個(gè)分支事務(wù)都需要實(shí)現(xiàn)Try,Confirm,Cancel接口。TCC事務(wù)開(kāi)始時(shí)，業(yè)務(wù)應(yīng)用會(huì)向事務(wù)協(xié)調(diào)器注冊(cè)啟動(dòng)事務(wù)。之后業(yè)務(wù)應(yīng)用會(huì)調(diào)用所有服務(wù)的Try接口，完成一階段準(zhǔn)備。之后事務(wù)協(xié)調(diào)器會(huì)根據(jù)Try接口返回情況，決定調(diào)用Confirm接口或者Cancel接口。如果接口調(diào)用失敗，會(huì)進(jìn)行重試。

總結(jié)的說(shuō)，所有分支的Try操作成功，會(huì)進(jìn)入到Confirm; 有一個(gè)分支未成功，已經(jīng)執(zhí)行的操作都要回滾。從而恢復(fù)到嘗試階段之前的狀態(tài)，以確保數(shù)據(jù)的一致性。

TCC的優(yōu)點(diǎn)：

• 1、降低了鎖的粒度，減少了并發(fā)沖突；從而提高了吞吐量；每個(gè)業(yè)務(wù)執(zhí)行操作都有相應(yīng)的補(bǔ)償操作，不需要人工干預(yù)進(jìn)行補(bǔ)償。
• 不足之處也很明顯,
• 2、對(duì)業(yè)務(wù)有一定的入侵；改造成本高，代碼冗長(zhǎng)；
• 3、實(shí)現(xiàn)難度較大。需要按照網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)、系統(tǒng)故障等不同的失敗原因?qū)崿F(xiàn)不同的回滾策略。為了滿足一致性的要求，confirm和cancel接口必須實(shí)現(xiàn)冪等。

本地消息表+MQ最終一致性事務(wù)

本地消息表的思想是將分布式事務(wù)拆分為本地事務(wù)來(lái)處理，通過(guò)引入一個(gè)額外的消息表，存儲(chǔ)消息的處理狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)消息可靠性和一致性。

如上圖中的訂單系統(tǒng)和庫(kù)存系統(tǒng)是兩個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)，所以數(shù)據(jù)庫(kù)也是獨(dú)立的。如果我們想要保證下訂單以及訂單中商品庫(kù)存扣減的原子性，就必然要使用分布式事務(wù)。使用本地消息表解決分布式事務(wù)的思路是這樣。首先，訂單系統(tǒng)正常進(jìn)行訂單業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)存DB，同時(shí)將這個(gè)消息實(shí)體記錄存入消息表內(nèi)，消息實(shí)體至少要有消息的id以及消息的處理狀態(tài)；然后向MQ發(fā)送這條消息。

訂單系統(tǒng)不斷往MQ中生產(chǎn)消息，庫(kù)存系統(tǒng)去消費(fèi)這個(gè)MQ中的消息，取到消息以后，執(zhí)行庫(kù)存相關(guān)業(yè)務(wù)操作，保存至DB，最終返回一個(gè)成功處理的響應(yīng)給MQ。訂單系統(tǒng)發(fā)完消息以后，也會(huì)去讀取該消息的響應(yīng)處理消息，讀到以后，如果是成功處理，那么就更新訂單庫(kù)中本地消息表中的該消息狀態(tài)，更新為已完成。

整個(gè)簡(jiǎn)單的思路是這樣，需要注意的是，我們要保證下訂單和訂單消息存入消息表是一個(gè)原子性的，使用本地事務(wù)處理，要么都成功，要么都失敗。

第二，如果最終消息表中的消息都是已完成就沒(méi)什么問(wèn)題，但是有時(shí)候， 由于數(shù)據(jù)庫(kù)網(wǎng)絡(luò)等不穩(wěn)定因素導(dǎo)致消息的狀態(tài)還是未完成。這種問(wèn)題，我們必須要解決。

可以使用定時(shí)任務(wù)，定時(shí)任務(wù)周期性去輪詢本地消息表中的消息，如果某消息是未完成，那么可以觸發(fā)重試操作，繼續(xù)往MQ中發(fā)送這條消息，交給庫(kù)存系統(tǒng)處理。

如果1步驟訂單消息在保存的時(shí)候失敗，那么直接觸發(fā)回滾即可。1和2是同時(shí)成功，同時(shí)回滾的。如果3失敗了，由于本地消息表中已經(jīng)存在消息體，這時(shí)只需要輪詢消息重新通過(guò)消息中間件發(fā)送一次。

第三，如果庫(kù)存系統(tǒng)中在業(yè)務(wù)處理上失敗了，此時(shí)再重試已無(wú)效，可以發(fā)消息給事務(wù)主動(dòng)方訂單系統(tǒng)回滾事務(wù)。

如果庫(kù)存系統(tǒng)已經(jīng)消費(fèi)了消息，訂單系統(tǒng)需要回滾事務(wù)的話，需要發(fā)消息通知庫(kù)存進(jìn)行回滾事務(wù)。

本地消息表+MQ由于消息是異步發(fā)送，實(shí)際上是一種最終一致性方案，即滿足base理論，所以在一些要求實(shí)時(shí)性的業(yè)務(wù)場(chǎng)景就不那么適用的，適用于實(shí)時(shí)性不高，能接受最終一致性的場(chǎng)景。 

優(yōu)缺點(diǎn)總結(jié) 

優(yōu)點(diǎn)

1、簡(jiǎn)單可靠。通過(guò)本地消息表，將消息先存儲(chǔ)到本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)中，再進(jìn)行異步發(fā)送，可以保證消息的可靠性和一致性。

2、高可用性。相對(duì)XA協(xié)議，由于消息是異步發(fā)送的，所以即使其他分支事務(wù)出現(xiàn)了服務(wù)不可用或者故障，也不會(huì)影響當(dāng)前事務(wù)的提交，保證了系統(tǒng)的高可用。

3、提升性能：將消息發(fā)送過(guò)程異步化，減少了事務(wù)的等待時(shí)間，提升了系統(tǒng)的性能。 

缺點(diǎn)

1、需要維護(hù)額外的消息表，增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性。

2、依賴于數(shù)據(jù)庫(kù)。由于本地消息表依賴于數(shù)據(jù)庫(kù)，如果數(shù)據(jù)庫(kù)出現(xiàn)故障或性能問(wèn)題，會(huì)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的可用性和性能產(chǎn)生影響。

3、業(yè)務(wù)耦合。本地消息表與業(yè)務(wù)耦合在一起，難于做成通用性，不可獨(dú)立伸縮。

4、無(wú)法保證實(shí)時(shí)性：由于消息發(fā)送是異步的，無(wú)法保證消息的實(shí)時(shí)性，存在一定的延遲。

最后，對(duì)于實(shí)時(shí)性要求較高、對(duì)數(shù)據(jù)一致性要求更嚴(yán)格的場(chǎng)景，可能需要考慮使用分布式事務(wù)管理框架或消息中間件等更復(fù)雜的方案。

Seata

Seata的設(shè)計(jì)思路是將一個(gè)分布式事務(wù)理解為一個(gè)全局事務(wù)，全局事務(wù)下面掛著若干個(gè)分支事務(wù)。每個(gè)分支事務(wù)又相當(dāng)于是本地事務(wù)，滿足ACID的特性，因此我們操作分布式事務(wù)就像操作本地事務(wù)一樣。Seata 內(nèi)部定義了 3個(gè)模塊來(lái)處理全局事務(wù)和分支事務(wù)的關(guān)系和處理過(guò)程，這三個(gè)組件分別是：

• 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(kāi)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。

通過(guò)這三個(gè)模塊，完成全局事務(wù)的執(zhí)行流程，執(zhí)行步驟如下：

首先，TM向TC申請(qǐng)一個(gè)全局事務(wù)，TC創(chuàng)建一個(gè)全局事務(wù)，并返回一個(gè)XID，XID是全局事務(wù)的唯一標(biāo)識(shí)。然后，RM向TC注冊(cè)分支事務(wù)，該分支歸屬于該XID的全局事務(wù)。RM注冊(cè)本地事務(wù)，會(huì)完成一系列的本地事務(wù)操作，用于全局事務(wù)的提交或者回滾。

最后，TM將全局事務(wù)提交或者回滾的決策發(fā)送TC，TC調(diào)度 XID 全局事務(wù)下的分支事務(wù)完成提交或者回滾。

一般的，我們都使用Seate的AT模式，其實(shí)也是分為兩個(gè)階段，類似于XA協(xié)議的方式。第一階段是準(zhǔn)備階段，第二階段是分布式事務(wù)的提交或者回滾。 

第一階段

分支事務(wù)主要利用RM模塊中的JDBC代理，在業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)提交時(shí)，自動(dòng)攔截業(yè)務(wù)SQL，把業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)在更新前后的數(shù)據(jù)鏡像組織成回滾日志，進(jìn)而生成undoLog; 然后利用本地事務(wù)的特性，將業(yè)務(wù)SQL和undolog寫(xiě)入同一個(gè)事務(wù)中，一起提交到數(shù)據(jù)庫(kù)中，保證業(yè)務(wù)SQL必定存在回滾日志，最后對(duì)分支事務(wù)狀態(tài)向TC進(jìn)行上報(bào)。 

第二階段

1、TM決議全局事務(wù)提交。首先通知TC全局事務(wù)提交，說(shuō)明各個(gè)RM分支事務(wù)已經(jīng)完成了第一階段；此時(shí)，TC會(huì)異步調(diào)度各個(gè)RM分支事務(wù)刪除對(duì)應(yīng)的undolog日志。這個(gè)過(guò)程是異步的，所以速度也比較快。

2、TM決議全局事務(wù)回滾。同樣，首先通知TC全局事務(wù)回滾，RM會(huì)收到TC發(fā)送的回滾請(qǐng)求，RM會(huì)通過(guò)XID找到對(duì)應(yīng)的undolog日志，利用本地事務(wù) ACID 特性，執(zhí)行回滾日志完成回滾操作，并刪除 undo log 日志，最后向TC進(jìn)行回滾結(jié)果上報(bào)。

業(yè)務(wù)對(duì)以上所有的流程都無(wú)感知，業(yè)務(wù)完全不關(guān)心全局事務(wù)的具體提交和回滾，而且最重要的一點(diǎn)是 Seata 將兩段式提交的同步協(xié)調(diào)分解到各個(gè)分支事務(wù)中了，分支事務(wù)與普通的本地事務(wù)無(wú)任何差異，這意味著我們使用 Seata 后，分布式事務(wù)就像使用本地事務(wù)一樣。

然后想說(shuō)一下，將數(shù)據(jù)庫(kù)層的事務(wù)協(xié)調(diào)機(jī)制交給了中間件層 Seata ， Seata為什么是個(gè)中間層，這是因?yàn)?，XA協(xié)議依賴的是數(shù)據(jù)庫(kù)層面來(lái)保障事務(wù)的一致性，也即是說(shuō) XA 的各個(gè)分支事務(wù)是在數(shù)據(jù)庫(kù)層面上驅(qū)動(dòng)的。而Seata在數(shù)據(jù)庫(kù)做了一層代理層，所以我們使用 Seata 時(shí)，使用的數(shù)據(jù)源實(shí)際上用的是Seata自帶的數(shù)據(jù)源代理 DataSourceProxy。這個(gè)代理層具體體現(xiàn)在RM模塊。

其主要作用是解析 SQL，把業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)在更新前后的數(shù)據(jù)鏡像組織成回滾日志，并將 undo log 日志插入 undo log 表中，保證每條更新數(shù)據(jù)的業(yè)務(wù) sql 都有對(duì)應(yīng)的回滾日志存在。這樣做的好處是：本地事務(wù)執(zhí)行完以后，可以立即釋放資源，然后向 TC上報(bào)分支狀態(tài)。TM決議全局提交時(shí)，也不需要同步協(xié)調(diào)處理。

總接的來(lái)說(shuō)，Seate有如下優(yōu)點(diǎn)：

• 1、較高的性能表現(xiàn)。它極大減少了分支事務(wù)對(duì)資源的鎖定時(shí)間，完美避免了 XA 協(xié)議需要同步協(xié)調(diào)導(dǎo)致資源鎖定時(shí)間過(guò)長(zhǎng)的問(wèn)題。
• 2、易集成。 Seata 提供了與各種主流框架和中間件的集成支持，方便在現(xiàn)有系統(tǒng)中集成和使用。
• 3、支持多種存儲(chǔ)后端： Seata 支持多種存儲(chǔ)后端，可以根據(jù)實(shí)際需求選擇合適的存儲(chǔ)方式。
• 4、靈活配置： Seata 提供了豐富的配置選項(xiàng)，可以根據(jù)需求進(jìn)行靈活配置，滿足不同的分布式事務(wù)需求。

但是因?yàn)樵谑褂脮r(shí)需要部署Seata服務(wù)端，集成Seata客戶端，所以也存在一些缺點(diǎn)，比如：

• 部署和維護(hù)成本： 部署和維護(hù)分布式事務(wù)解決方案需要一定的成本和精力，特別是在大規(guī)模系統(tǒng)中。
• 依賴性： 引入 Seata 可能會(huì)增加系統(tǒng)的依賴性，需要謹(jǐn)慎評(píng)估是否真正需要使用分布式事務(wù)解決方案。
• 配置復(fù)雜性： 配置 Seata 可能需要一定的復(fù)雜性，特別是針對(duì)復(fù)雜的分布式系統(tǒng)和場(chǎng)景，需要仔細(xì)配置各種參數(shù)。

所以，可按需看業(yè)務(wù)情況是否真的需要使用Seate實(shí)現(xiàn)分布式事務(wù)。

總結(jié)

以上為個(gè)人經(jīng)驗(yàn)，希望能給大家一個(gè)參考，也希望大家多多支持腳本之家。