分佈式事務一2PC

時間 2019-11-06

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分佈式事務解決方案之2PC(兩階段提交)

前面已經學習了分佈式事務的基礎理論，以理論爲基礎，針對不一樣的分佈式場景業界常見的解決方案有2PC、TCC、可靠消息最終一致性、最大努力通知這幾種。java

3.1.什麼是2PC

　　2PC即兩階段提交協議，是將整個事務流程分爲兩個階段，準備階段（Prepare phase）、提交階段（commit phase），2是指兩個階段，P是指準備階段，C是指提交階段。git

舉例：張三和李四很久不見，老友約起聚餐，飯店老闆要求先買單，才能出票。這時張三和李四分別抱怨近況不如意，囊中羞澀，都不肯意請客，這時只能AA。只有張三和李四都付款，老闆才能出票安排就餐。但因爲張三和李四都是鐵公雞，造成了尷尬的一幕：github

　　準備階段：老闆要求張三付款，張三付款。老闆要求李四付款，李四付款。spring

　　提交階段：老闆出票，兩人拿票紛紛落座就餐。sql

　　例子中造成了一個事務，若張三或李四其中一人拒絕付款，或錢不夠，店老闆都不會給出票，而且會把已收款退回。數據庫

整個事務過程由事務管理器和參與者組成，店老闆就是事務管理器，張3、李四就是事務參與者，事務管理器負責決策整個分佈式事務的提交和回滾，事務參與者負責本身本地事務的提交和回滾。編程

在計算機中部分關係數據庫如Oracle、MySQL支持兩階段提交協議，以下圖：服務器

　　1. 準備階段（Prepare phase）：事務管理器給每一個參與者發送Prepare消息，每一個數據庫參與者在本地執行事務，並寫本地的Undo/Redo日誌，此時事務沒有提交。架構

（Undo日誌是記錄修改前的數據，用於數據庫回滾，Redo日誌是記錄修改後的數據，用於提交事務後寫入數據文件）app

　　2. 提交階段（commit phase）：若是事務管理器收到了參與者的執行失敗或者超時消息時，直接給每一個參與者發送回滾(Rollback)消息；不然，發送提交(Commit)消息；參與者根據事務管理器的指令執行提交或者回滾操做，並釋放事務處理過程當中使用的鎖資源。注意:必須在最後階段釋放鎖資源。

下圖展現了2PC的兩個階段，分紅功和失敗兩個狀況說明：成功狀況：

失敗狀況：

3.2.解決方案

3.2.1 XA方案

　　2PC的傳統方案是在數據庫層面實現的，如Oracle、MySQL都支持2PC協議，爲了統一標準減小行業內沒必要要的對接成本，須要制定標準化的處理模型及接口標準，國際開放標準組織Open Group定義了分佈式事務處理模型DTP（Distributed Transaction Processing Reference Model）。

爲了讓你們更明確XA方案的內容程，下面新用戶註冊送積分爲例來講明：

執行流程以下：

　　一、應用程序（AP）持有用戶庫和積分庫兩個數據源。

　　二、應用程序（AP）經過TM通知用戶庫RM新增用戶，同時通知積分庫RM爲該用戶新增積分，RM此時並未提交事務，此時用戶和積分資源鎖定。

　　三、TM收到執行回覆，只要有一方失敗則分別向其餘RM發起回滾事務，回滾完畢，資源鎖釋放。

　　四、TM收到執行回覆，所有成功，此時向全部RM發起提交事務，提交完畢，資源鎖釋放。

DTP模型定義以下角色：

　　AP(Application Program)：即應用程序，能夠理解爲使用DTP分佈式事務的程序。

　　RM(Resource Manager)：即資源管理器，能夠理解爲事務的參與者，通常狀況下是指一個數據庫實例，經過資源管理器對該數據庫進行控制，資源管理器控制着分支事務。

　　 TM(Transaction Manager)：事務管理器，負責協調和管理事務，事務管理器控制着全局事務，管理事務生命週期，並協調各個RM。全局事務是指分佈式事務處理環境中，須要操做多個數據庫共同完成一個工做，這個工做便是一個全局事務。

　　 DTP模型定義TM和RM之間通信的接口規範叫XA，簡單理解爲數據庫提供的2PC接口協議，基於數據庫的XA協議來實現2PC又稱爲XA方案。

以上三個角色之間的交互方式以下：

　　1）TM向AP提供應用程序編程接口，AP經過TM提交及回滾事務。

　　2）TM交易中間件經過XA接口來通知RM數據庫事務的開始、結束以及提交、回滾等。

總結：

　　整個2PC的事務流程涉及到三個角色AP、RM、TM。AP指的是使用2PC分佈式事務的應用程序；RM指的是資源管理器，它控制着分支事務；TM指的是事務管理器，它控制着整個全局事務。

　　1）在準備階段RM執行實際的業務操做，但不提交事務，資源鎖定；

　　2）在提交階段TM會接受RM在準備階段的執行回覆，只要有任一個RM執行失敗，TM會通知全部RM執行回滾操做，不然，TM將會通知全部RM提交該事務。提交階段結束資源鎖釋放。

XA方案的問題：

　　一、須要本地數據庫支持XA協議。

　　二、資源鎖須要等到兩個階段結束才釋放，性能較差。

3.2.2 Seata方案

　　Seata是由阿里中間件團隊發起的開源項目 Fescar，後改名爲Seata，它是一個是開源的分佈式事務框架。

　　傳統2PC的問題在Seata中獲得瞭解決，它經過對本地關係數據庫的分支事務的協調來驅動完成全局事務，是工做在應用層的中間件。主要優勢是性能較好，且不長時間佔用鏈接資源，它以高效而且對業務0侵入的方式解決微服務場景下面臨的分佈式事務問題，它目前提供AT模式(即2PC)及TCC模式的分佈式事務解決方案。

Seata的設計思想以下：

　　Seata的設計目標其一是對業務無侵入，所以從業務無侵入的2PC方案着手，在傳統2PC的基礎上演進，並解決2PC方案面臨的問題

　　Seata把一個分佈式事務理解成一個包含了若干分支事務的全局事務。全局事務的職責是協調其下管轄的分支事務達成一致，要麼一塊兒成功提交，要麼一塊兒失敗回滾。此外，一般分支事務自己就是一個關係數據庫的本地事務，下圖是全局事務與分支事務的關係圖：

與傳統2PC 的模型相似，Seata定義了3個組件來協議分佈式事務的處理過程：

　　 Transaction Coordinator (TC)：事務協調器，它是獨立的中間件，須要獨立部署運行，它維護全局事務的運行狀態，接收TM指令發起全局事務的提交與回滾，負責與RM通訊協調各各分支事務的提交或回滾。

　　 Transaction Manager (TM)：事務管理器，TM須要嵌入應用程序中工做，它負責開啓一個全局事務，並最終向TC發起全局提交或全局回滾的指令。

　　 Resource Manager (RM)：控制分支事務，負責分支註冊、狀態彙報，並接收事務協調器TC的指令，驅動分支（本地）事務的提交和回滾

還拿新用戶註冊送積分舉例Seata的分佈式事務過程：

具體的執行流程以下：

　　1. 用戶服務的 TM 向 TC 申請開啓一個全局事務，全局事務建立成功並生成一個全局惟一的XID。

　　2. 用戶服務的 RM 向 TC 註冊分支事務，該分支事務在用戶服務執行新增用戶邏輯，並將其歸入 XID 對應全局事務的管轄。

　　3. 用戶服務執行分支事務，向用戶表插入一條記錄。

　　4. 邏輯執行到遠程調用積分服務時(XID 在微服務調用鏈路的上下文中傳播)。積分服務的RM 向 TC 註冊分支事務，該分支事務執行增長積分的邏輯，並將其歸入 XID 對應全局事務的管轄。

　　5. 積分服務執行分支事務，向積分記錄表插入一條記錄，執行完畢後，返回用戶服務。

　　6. 用戶服務分支事務執行完畢。

　　7. TM 向 TC 發起針對 XID 的全局提交或回滾決議。

　　8. TC 調度 XID 下管轄的所有分支事務完成提交或回滾請求。

Seata實現2PC與傳統2PC的差異：

　　架構層次方面，傳統2PC方案的 RM 其實是在數據庫層，RM 本質上就是數據庫自身，經過 XA 協議實現，而Seata的 RM 是以jar包的形式做爲中間件層部署在應用程序這一側的。

　　兩階段提交方面，傳統2PC不管第二階段的決議是commit仍是rollback，事務性資源的鎖都要保持到Phase2完成才釋放。而Seata的作法是在Phase1 就將本地事務提交，這樣就能夠省去Phase2持鎖的時間，總體提升效率。

3.3.seata實現2PC事務

3.3.1.業務說明

本示例經過Seata中間件實現分佈式事務，模擬三個帳戶的轉帳交易過程。

兩個帳戶在三個不一樣的銀行(張三在bank一、李四在bank2)，bank1和bank2是兩個個微服務。交易過程是，張三給李四轉帳指定金額。

上述交易步驟，要麼一塊兒成功，要麼一塊兒失敗，必須是一個總體性的事務。

3.3.2.程序組成部分

本示例程序組成部分以下：

　　數據庫：MySQL-5.7.25,包括bank1和bank2兩個數據庫。

　　JDK：64位 jdk1.8.0_201

　　微服務框架：spring-boot-2.1.三、spring-cloud-Greenwich.RELEASE

　　seata客戶端（RM、TM）：spring-cloud-alibaba-seata-2.1.0.RELEASE

　　seata服務端(TC)：seata-server-0.7.1

　　微服務及數據庫的關係：dtx/dtx-seata-demo/seata-demo-bank1 銀行1，操做張三帳戶，鏈接數據庫bank1 dtx/dtx-seata-demo/seata-demo-bank2 銀行2，操做李四帳戶，鏈接數據庫bank2

　　服務註冊中心：dtx/discover-server

本示例程序技術架構以下：

交互流程以下：

　　一、請求bank1進行轉帳，傳入轉帳金額。

　　二、bank1減小轉帳金額，調用bank2，傳入轉帳金額。

3.3.3.建立數據庫

　　導入數據庫腳本：資料\sql\bank1.sql、資料\sql\bank2.sql

包括以下數據庫：

bank1庫，包含張三帳戶

CREATE DATABASE `bank1` CHARACTER SET 'utf8' COLLATE 'utf8_general_ci';
DROP TABLE IF EXISTS `account_info`;
CREATE TABLE `account_info`    (
`id` bigint(20) NOT NULL AUTO_INCREMENT,
`account_name` varchar(100) CHARACTER SET utf8 COLLATE utf8_bin NULL DEFAULT NULL COMMENT '戶主姓名',
`account_no` varchar(100) CHARACTER SET utf8 COLLATE utf8_bin NULL DEFAULT NULL COMMENT '銀行卡號',
`account_password` varchar(100) CHARACTER SET utf8 COLLATE utf8_bin NULL DEFAULT NULL COMMENT '賬戶密碼',
`account_balance` double NULL DEFAULT NULL COMMENT '賬戶餘額', PRIMARY KEY (`id`) USING BTREE
)    ENGINE = InnoDB AUTO_INCREMENT = 5 CHARACTER SET = utf8 COLLATE = utf8_bin ROW_FORMAT = Dynamic;
INSERT INTO `account_info` VALUES (2, '張三的帳戶', '1', '', 10000);

bank2庫，包含李四帳戶

CREATE DATABASE `bank2` CHARACTER SET 'utf8' COLLATE 'utf8_general_ci';
CREATE TABLE `account_info`    (
`id` bigint(20) NOT NULL AUTO_INCREMENT,
`account_name` varchar(100) CHARACTER SET utf8 COLLATE utf8_bin NULL DEFAULT NULL COMMENT '戶主姓名',
`account_no` varchar(100) CHARACTER SET utf8 COLLATE utf8_bin NULL DEFAULT NULL COMMENT '銀行卡號',
`account_password` varchar(100) CHARACTER SET utf8 COLLATE utf8_bin NULL DEFAULT NULL COMMENT '賬戶密碼',
`account_balance` double NULL DEFAULT NULL COMMENT '賬戶餘額', PRIMARY KEY (`id`) USING BTREE
)    ENGINE = InnoDB AUTO_INCREMENT = 5 CHARACTER SET = utf8 COLLATE = utf8_bin ROW_FORMAT = Dynamic;
INSERT INTO `account_info` VALUES (3, '李四的帳戶', '2', NULL, 0);

分別在bank一、bank2庫中建立undo_log表，此表爲seata框架使用：

CREATE TABLE `undo_log` (
`id` bigint(20) NOT NULL AUTO_INCREMENT,
`branch_id` bigint(20) NOT NULL,
`xid` varchar(100) NOT NULL,
`context` varchar(128) NOT NULL,
`rollback_info` longblob NOT NULL,
`log_status` int(11) NOT NULL,
`log_created` datetime NOT NULL,
`log_modified` datetime NOT NULL,
`ext` varchar(100) DEFAULT NULL,
PRIMARY KEY (`id`),
UNIQUE KEY `ux_undo_log` (`xid`,`branch_id`)
) ENGINE=InnoDB AUTO_INCREMENT=1 DEFAULT CHARSET=utf8;

3.3.4.啓動TC(事務協調器)

（1）下載seata服務器，下載地址：https://github.com/seata/seata/releases/download/v0.7.1/seata-server-0.7.1.zip也能夠直接解壓：資料\seata-server-0.7.1.zip

（2）解壓並啓動，[seata服務端解壓路徑]/bin/seata-server.bat -p 8888 -m file 注：其中8888爲服務端口號；file爲啓動模式，這裏指seata服務將採用文件的方式存儲信息。

如上圖出現「Server started...」的字樣則表示啓動成功。

3.3.5 discover-server

　　discover-server是服務註冊中心，測試工程將本身註冊至discover-server。

導入：資料\基礎代碼\dtx 父工程，此工程自帶了discover-server，discover-server基於Eureka實現。

3.3.6 導入案例工程dtx-seata-demo

　　dtx-seata-demo是seata的測試工程，根據業務需求須要建立兩個dtx-seata-demo工程。

（1）導入dtx-seata-demo 導入：資料\基礎代碼\dtx-seata-demo到父工程dtx下。

兩個測試工程以下：

　　dtx/dtx-seata-demo/dtx-seata-demo-bank1 ，操做張三帳戶，鏈接數據庫bank1

　　dtx/dtx-seata-demo/dtx-seata-demo-bank2 ，操做李四帳戶，鏈接數據庫bank2

（2）父工程maven依賴說明

在dtx父工程中指定了SpringBoot和SpringCloud版本

<dependency>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring‐boot‐dependencies</artifactId>
    <version>2.1.3.RELEASE</version>
    <type>pom</type>
    <scope>import</scope>
</dependency>
<dependency>
    <groupId>org.springframework.cloud</groupId>
    <artifactId>spring‐cloud‐dependencies</artifactId>
    <version>Greenwich.RELEASE</version>
    <type>pom</type>
    <scope>import</scope>
</dependency>

在dtx-seata-demo父工程中指定了spring-cloud-alibaba-dependencies的版本。

<dependency>
    <groupId>com.alibaba.cloud</groupId>
    <artifactId>spring‐cloud‐alibaba‐dependencies</artifactId>
    <version>2.1.0.RELEASE</version>
    <type>pom</type>    
    <scope>import</scope>
</dependency>

（3）配置seata

在src/main/resource中，新增registry.conf、file.conf文件，內容可拷貝seata-server-0.7.1中的配置文件子。

在registry.conf中registry.type使用file：

在file.conf中更改service.vgroup_mapping.[springcloud服務名]-fescar-service-group = "default"，並修改 service.default.grouplist =[seata服務端地址]

關於vgroup_mapping的配置：

　　vgroup_mapping.事務分組服務名=Seata Server集羣名稱（默認名稱爲default）

　　default.grouplist = Seata Server集羣地址

在 org.springframework.cloud:spring-cloud-starter-alibaba-seata 的org.springframework.cloud.alibaba.seata.GlobalTransactionAutoConfiguration 類中，默認會使用

${spring.application.name}-fescar-service-group 做爲事務分組服務名註冊到 Seata Server上，若是和 file.conf 中的配置不一致，會提示 no available server to connect 錯誤

也能夠經過配置 spring.cloud.alibaba.seata.tx-service-group 修改後綴，可是必須和 file.conf 中的配置保持一致。

（4）建立代理數據源

新增DatabaseConfiguration.java，Seata的RM經過DataSourceProxy才能在業務代碼的事務提交時，經過這個切入點，與TC進行通訊交互、記錄undo_log等。

@Configuration
public class DatabaseConfiguration {

    @Bean
    @ConfigurationProperties(prefix = "spring.datasource.ds0")

    public DruidDataSource ds0() {
        DruidDataSource druidDataSource = new DruidDataSource();
        return druidDataSource;
    }

    @Primary
    @Bean
    public DataSource dataSource(DruidDataSource ds0) { 
        DataSourceProxy pds0 = new DataSourceProxy(ds0); 
        return pds0;
    }
}

3.3.7 Seata執行流程

一、正常提交流程

二、回滾流程

回滾流程省略前的RM註冊過程。

要點說明：

　　一、每一個RM使用DataSourceProxy鏈接數據庫，其目的是使用ConnectionProxy，使用數據源和數據鏈接代理的目的就是在第一階段將undo_log和業務數據放在一個本地事務提交，這樣就保存了只要有業務操做就必定有undo_log。

　　二、在第一階段undo_log中存放了數據修改前和修改後的值，爲事務回滾做好準備，因此第一階段完成就已經將分支事務提交，也就釋放了鎖資源。

　　三、TM開啓全局事務開始，將XID全局事務id放在事務上下文中，經過feign調用也將XID傳入下游分支事務，每一個分支事務將本身的Branch ID分支事務ID與XID關聯。

　　四、第二階段全局事務提交，TC會通知各各分支參與者提交分支事務，在第一階段就已經提交了分支事務，這裏各各參與者只須要刪除undo_log便可，而且能夠異步執行，第二階段很快能夠完成。

　　五、第二階段全局事務回滾，TC會通知各各分支參與者回滾分支事務，經過 XID 和 Branch ID 找到相應的回滾日誌，經過回滾日誌生成反向的 SQL 並執行，以完成分支事務回滾到以前的狀態，若是回滾失敗則會重試回滾操做。

3.3.8 dtx-seata-demo-bank1

dtx-seata-demo-bank1實現以下功能：

　　一、張三帳戶減小金額，開啓全局事務。

　　二、遠程調用bank2向李四轉帳。

（1）DAO

@Mapper
@Component
public interface AccountInfoDao {
    //更新帳戶金額
    @Update("update account_info set account_balance = account_balance + #{amount} where account_no = #{accountNo}")
    int updateAccountBalance(@Param("accountNo") String accountNo, @Param("amount") Double amount);
}

（2）FeignClient

遠程調用bank2的客戶端

@FeignClient(value = "seata‐demo‐bank2",fallback = Bank2ClientFallback.class)
    public interface Bank2Client {
    @GetMapping("/bank2/transfer")
    String transfer(@RequestParam("amount") Double amount);
}

@Component
public class Bank2ClientFallback implements Bank2Client{ @Override
    public String transfer(Double amount) {
    return "fallback";
    }
}

（3）Service

@Service
public class AccountInfoServiceImpl implements AccountInfoService {
    private Logger logger = LoggerFactory.getLogger(AccountInfoServiceImpl.class);
    
    @Autowired
    AccountInfoDao accountInfoDao;
    
    @Autowired
    Bank2Client bank2Client;
    
    //張三轉帳
    @Override
    @GlobalTransactional
    @Transactional
    public void updateAccountBalance(String accountNo, Double amount) {
        logger.info("******** Bank1 Service Begin ... xid: {}" , RootContext.getXID());
        //張三扣減金額
        accountInfoDao.updateAccountBalance(accountNo,amount*‐1);
        //向李四轉帳
        String remoteRst = bank2Client.transfer(amount);
        //遠程調用失敗
        if(remoteRst.equals("fallback")){
            throw new RuntimeException("bank1 下游服務異常");
        }
        //人爲製造錯誤
        if(amount==3){
            throw new RuntimeException("bank1 make exception    3");
        }
    }    
}

　　將@GlobalTransactional註解標註在全局事務發起的Service實現方法上，開啓全局事務：

GlobalTransactionalInterceptor會攔截@GlobalTransactional註解的方法，生成全局事務ID(XID)，XID會在整個分佈式事務中傳遞。

在遠程調用時，spring-cloud-alibaba-seata會攔截Feign調用將XID傳遞到下游服務。

（6）Controller

@RestController
public class Bank1Controller {
    @Autowired
    AccountInfoService accountInfoService;
    
    //轉帳
    @GetMapping("/transfer")
    public String transfer(Double amount){ 
        accountInfoService.updateAccountBalance("1",amount); 
        return "bank1"+amount;
    }
}

3.3.9 dtx-seata-demo-bank2

dtx-seata-demo-bank2實現以下功能：

一、李四帳戶增長金額。

dtx-seata-demo-bank2在本帳號事務中做爲分支事務不使用@GlobalTransactional。

（1）DAO

@Mapper
@Component
public interface AccountInfoDao {
    //向李四轉帳
    @Update("UPDATE account_info SET account_balance = account_balance + #{amount} WHERE account_no = #{accountNo}")
    int updateAccountBalance(@Param("accountNo") String accountNo, @Param("amount") Double amount);
}

（2）Service

@Service

public class AccountInfoServiceImpl implements AccountInfoService {
    private Logger logger = LoggerFactory.getLogger(AccountInfoServiceImpl.class);
    
    @Autowired
    AccountInfoDao accountInfoDao;
    
    @Override
    @Transactional
    public void updateAccountBalance(String accountNo, Double amount) {
        logger.info("******** Bank2 Service Begin ... xid: {}" , RootContext.getXID());
        //李四增長金額
        accountInfoDao.updateAccountBalance(accountNo,amount);
        //製造異常
        if(amount==2){
            throw new RuntimeException("bank1 make exception    2");
        }
    }
}

（3）Controller

@RestController
public class Bank2Controller {

    @Autowired
    AccountInfoService accountInfoService;
    @GetMapping("/transfer")
    public String transfer(Double amount){ 
        accountInfoService.updateAccountBalance("2",amount); 
        return "bank2"+amount;
    }
}