分佈式一致性算法2PC和3PC

　　爲了解決分佈式一致性問題，產生了很多經典的分佈式一致性算法，本文將介紹其中的2PC和3PC。2PC即Two-Phase Commit，譯爲二階段提交協議。3PC即Three-Phase Commit，譯爲三階段提交協議。
 

分佈式系統和分佈式一致性問題

 
　　分佈式系統，即運行在多臺不一樣的網絡計算機上的軟硬件系統，而且僅經過消息傳遞來進行通訊和協調。
　　分佈式一致性問題，即相互獨立的節點之間如何就一項決議達成一致的問題。
 

2PC

 
　　2PC，二階段提交協議，即將事務的提交過程分爲兩個階段來進行處理：準備階段和提交階段。事務的發起者稱協調者，事務的執行者稱參與者。
 
　　階段1：準備階段
　　一、協調者向全部參與者發送事務內容，詢問是否能夠提交事務，並等待全部參與者答覆。
　　二、各參與者執行事務操做，將Undo和Redo信息記入事務日誌中（但不提交事務）。
　　三、如參與者執行成功，給協調者反饋YES，便可以提交；如執行失敗，給協調者反饋NO，即不可提交。
 
　　階段2：提交階段
 
　　此階段分兩種狀況：全部參與者均反饋YES、或任何一個參與者反饋NO。
　　全部參與者均反饋YES時，即提交事務。
　　任何一個參與者反饋NO時，即中斷事務。
 
　　提交事務：（全部參與者均反饋YES）
　　一、協調者向全部參與者發出正式提交事務的請求（即Commit請求）。
　　二、參與者執行Commit請求，並釋放整個事務期間佔用的資源。
　　三、各參與者向協調者反饋Ack完成的消息。
　　四、協調者收到全部參與者反饋的Ack消息後，即完成事務提交。
 
　　附以下示意圖：
 

 
　　中斷事務：（任何一個參與者反饋NO）
　　一、協調者向全部參與者發出回滾請求（即Rollback請求）。
　　二、參與者使用階段1中的Undo信息執行回滾操做，並釋放整個事務期間佔用的資源。
　　三、各參與者向協調者反饋Ack完成的消息。
　　四、協調者收到全部參與者反饋的Ack消息後，即完成事務中斷。
 
　　附以下示意圖：
 

 

2PC的缺陷

 
　　一、同步阻塞：最大的問題即同步阻塞，即：全部參與事務的邏輯均處於阻塞狀態。
　　二、單點：協調者存在單點問題，若是協調者出現故障，參與者將一直處於鎖定狀態。
　　三、腦裂：在階段2中，若是隻有部分參與者接收並執行了Commit請求，會致使節點數據不一致。
 
　　因爲2PC存在如上同步阻塞、單點、腦裂問題，所以又出現了2PC的改進方案，即3PC。
 

3PC

 
　　3PC，三階段提交協議，是2PC的改進版本，即將事務的提交過程分爲CanCommit、PreCommit、do Commit三個階段來進行處理。
 
　　階段1：CanCommit
　　一、協調者向全部參與者發出包含事務內容的CanCommit請求，詢問是否能夠提交事務，並等待全部參與者答覆。
　　二、參與者收到CanCommit請求後，若是認爲能夠執行事務操做，則反饋YES並進入預備狀態，不然反饋NO。
 
　　階段2：PreCommit
 
　　此階段分兩種狀況：
　　一、全部參與者均反饋YES，即執行事務預提交。
　　二、任何一個參與者反饋NO，或者等待超時後協調者尚沒法收到全部參與者的反饋，即中斷事務。
 
　　事務預提交：（全部參與者均反饋YES時）
　　一、協調者向全部參與者發出PreCommit請求，進入準備階段。
　　二、參與者收到PreCommit請求後，執行事務操做，將Undo和Redo信息記入事務日誌中（但不提交事務）。
　　三、各參與者向協調者反饋Ack響應或No響應，並等待最終指令。
 
　　中斷事務：（任何一個參與者反饋NO，或者等待超時後協調者尚沒法收到全部參與者的反饋時）
　　一、協調者向全部參與者發出abort請求。
　　二、不管收到協調者發出的abort請求，或者在等待協調者請求過程當中出現超時，參與者均會中斷事務。
 
　　階段3：do Commit
 
　　此階段也存在兩種狀況：
　　一、全部參與者均反饋Ack響應，即執行真正的事務提交。
　　二、任何一個參與者反饋NO，或者等待超時後協調者尚沒法收到全部參與者的反饋，即中斷事務。
 
　　提交事務：（全部參與者均反饋Ack響應時）
　　一、若是協調者處於工做狀態，則向全部參與者發出do Commit請求。
　　二、參與者收到do Commit請求後，會正式執行事務提交，並釋放整個事務期間佔用的資源。
　　三、各參與者向協調者反饋Ack完成的消息。
　　四、協調者收到全部參與者反饋的Ack消息後，即完成事務提交。
 
　　中斷事務：（任何一個參與者反饋NO，或者等待超時後協調者尚沒法收到全部參與者的反饋時）
　　一、若是協調者處於工做狀態，向全部參與者發出abort請求。
　　二、參與者使用階段1中的Undo信息執行回滾操做，並釋放整個事務期間佔用的資源。
　　三、各參與者向協調者反饋Ack完成的消息。
　　四、協調者收到全部參與者反饋的Ack消息後，即完成事務中斷。
 
　　注意：進入階段三後，不管協調者出現問題，或者協調者與參與者網絡出現問題，都會致使參與者沒法接收到協調者發出的do Commit請求或abort請求。此時，參與者都會在等待超時以後，繼續執行事務提交。
 
　　附示意圖以下：
 

 

3PC的優勢和缺陷

 
　　優勢：下降了阻塞範圍，在等待超時後協調者或參與者會中斷事務。避免了協調者單點問題，階段3中協調者出現問題時，參與者會繼續提交事務。
 
　　缺陷：腦裂問題依然存在，即在參與者收到PreCommit請求後等待最終指令，若是此時協調者沒法與參與者正常通訊，會致使參與者繼續提交事務，形成數據不一致。
 

後記

 
　　不管2PC或3PC，均沒法完全解決分佈式一致性問題。
　　解決一致性問題，惟有Paxos，後續將單獨總結。