分布式事物

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一、产生背景

  1、基于微服务环境下,将系统中的业务进行拆分成不同的子模块来构建成不同的服务。在不同的服务中其数据库连接和表结构相互独立运行、互不影响,此时夸模块之间的调用产生异常需要手动回滚,从而增加了业务代码的复杂度。(eg:有 2 个微服务 A 和 B,当 A 调用 B,B 服务成功将数据写入表中,A 继续执行业务逻辑发生异常,则需要手动再次调用 B 服务将保存的数据删除掉,可以试想下如果出现多个微服务调用其中最后一个服务产生异常,此时需要回滚前面所有数据。)   

二、Base 理论和 CAP 理论

  1.ACID 原理

    原子性(Atomicity) 原子性是指事务是一个不可再分割的工作单元,事务中的操作要么都发生,要么都不发生。

    一致性(Consistency)一致性是指在事务开始之前和事务结束以后,数据库的完整性约束没有被破坏。

    隔离性(Isolation)多个事务并发访问时,事务之间是隔离的,一个事务不应该影响其它事务运行效果。

    持久性(Durability)意味着在事务完成以后,该事务所对数据库所作的更改便持久的保存在数据库之中,并不会被回滚。

  注意:传统的 ACID 只能保证单个微服务事务。

  2.CAP 理论

    Consistency:(强)一致性,在分布式系统中的所有数据备份,在同一时刻是否同样的值。(等同于所有节点访问同一份最新的数据副本)。

    Availability:可用性,在集群中一部分节点故障后,集群整体是否还能响应客户端的读写请求。(对数据更新具备高可用性)。

    Partition tolerance:分区容忍性,相当于对通信的时限要求。系统如果不能在时限内达成数据一致性,就意味着发生了分区的情况,必须就当前操作在 C 和 A 之间做出选择。

  注意:对于分布式数据系统,分区容忍性是基本要求,否则就失去了价值。目前常用的分布式事务大多使用补偿机制将一致性改成最终一致性(5 分钟 batch[忽略本括号中])。

      最终一致性需要一个时间窗口在用户感知到的时间内将数据同步。

  3.BASE 理论

    Basically Available:基本可用,分布式系统在出现不可预知故障的时候,允许损失部分可用性(不等价于系统不可用)。

* 响应时间上的损失:正常情况下,一个在线搜索引擎需要0.5秒内返回给用户相应的查询结果,但由于出现异常(比如系统部分机房发生断电或断网故障),查询结果的响应时间增加到了1~2秒。 * 功能上的损失:正常情况下,在一个电子商务网站上进行购物,消费者几乎能够顺利地完成每一笔订单,但是在一些节日大促购物高峰的时候,由于消费者的购物行为激增,为了保护购物系统的稳定性,部分消费者可能会被引导到一个降级页面。

    Soft-state:软状态/柔性事务,软状态是指允许系统存在中间状态,并且该中间状态不会影响系统整体可用性。即允许系统在不同节点间副本同步的时候存在延时。

    Eventual Consistency:最终一致性,系统中所有的数据副本,在经过一段时间的同步后,最终能够达到一个一致的状态。因此,最终一致性的本质是需要系统保证最终数据能够达到一致,而不需要实时保证系统数据的强一致性。

  注意:BASE 理论源于对大规模互联网系统分布式实践的结论,是基于 CAP 定理逐步演化而来,ACID 是传统数据库常用的概念设计,追求强一致性模型。。

三、刚性事务和柔性事务

   1.刚性事务:遵循 ACID 原则,强一致性。

   2.柔性事务:遵循 BASE 理论,最终一致性;与刚性事务不同,柔性事务允许一定时间内,不同节点的数据不一致,但要求最终一致。

   3.柔性事务分类:两阶段型、补偿型、异步确保型、最大努力通知型。

四、实现原理

    1.两阶段提交协议:

* 第一阶段(准备阶段):协调者向参与者发起指令,参与者评估自己的状态,如果参与者评估指令可以完成,则会写redo或者undo日志,让后锁定资源,执行操作,但并不提交。 * 第二阶段(提交阶段):如果每个参与者明确返回准备成功,则协调者向参与者发送提交指令,参与者释放锁定的资源,如何任何一个参与者明确返回准备失败,则协调者会发送中指指令,参与者取消已经变更的事务,释放锁定的资源。

  缺点:1.如果协调者宕机,参与者没有协调者指挥,则会一直阻塞。2.协调者没有一个超时时间设定。

      三阶段提交协议:

* 第一阶段(询问阶段):协调者询问参与者是否可以完成指令,协调者只需要回答是还是不是,而不需要做真正的操作。

     优点:通过超时机制解决了阻塞的问题,不会阻塞和永远锁定资源。

   2.补偿性:在一个长事务(long-running)中,一个由两台服务器一起参与的事务,服务器 A 发起事务,服务器 B 参与事务,A 的事务如果执行顺利,那么事务 A 就先行提交,如果事务 B 也执行顺利,则事务 B 也提交,整个事务就算完成。如果事务 B 执行失败,事务 B 本身回滚,这时事务 A 已经被提交,所以需要执行一个补偿操作,将已经提交的事务 A 执行的操作作反操作,恢复到未执行前 事务 A 的状态。

   3.异步确保型:将一些同步阻塞的事务操作变为异步的操作,避免对数据库事务的争用,典型例子是热点账户异步记账、批量记账的处理。

   4.最大努力型:通过通知服务器(消息通知)进行,允许失败,有补偿机制(或重发机制)。

五、LCN 实现原理

  1. LCN 客户端(发起方和参与方都必须要注册到事务协调者中)建立一个长连接。
  2. 事务发起方调用参与方接口之前会向 Tx-Manager 事务协调者创建一个事务分组 id。
  3. 事务发起方调用参与方接口时,会在请求头中存放该事务的分组 id 传给参与方。
  4. 如果参与方服务获取到请求头中有对应的事务分组 id,当参与方服务业务逻辑代码执行完毕后,会采用假关闭 JDBC 连接,不会向参与方服务提交该事务
  5. 参与方在发起方执行成功后,才会提交事务。

六、其他常见解决方案

  1.使用阿里巴巴的 TCC 补偿框架

  2.基于可靠的消息模式(RabbitMQ)

  3.使用阿里的 GTS 框架解决

  4.使用本文介绍的 LCN 框架

  注意:单一项目中采用 Jta+Atomikos

七、LCN 框架代码实现(核心类)

   详细代码已上传:http://47.93.254.162:8090/open
项目架构
a.png

1、tx-manager

b.png
配置注册中心地址和 redis
2、事务发起方添加 @TxTransaction(isStart=true)即可
c.png
3、事务参与方 @TxTransaction
d.png
注意在 tx-manager 中默认 tm.compensate.maxWaitTime=50000 设置默认等待 5 秒钟,根据具体业务处理时间设定
原理简介:当事务发起方由 tx-manage 在 redis 中获取一个唯一 id,当调用事务参与方时会将该 id 传给调用方,此时会将 jdbc 的连接信息交给 tx-manage 进行管理,当参与方调用结束时,tx-manage 不会提交该事务,当事务调用方执行完毕、没有异常抛出并 tx-manage 没有超时的情况下会更具唯一 id 将参与方和调用方的 jdbc 连接进行提交,若有一方抛出异常则都不会提交事务。

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