怎么分析分布式事務常用解決方法

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分布式事務的解決方法

方案1：全局事務（DTP模型）

全局事務基于DTP模型實現(xiàn)。DTP是由X/Open組織提出的一種分布式事務模型——X/Open Distributed Transaction Processing Reference Model。它規(guī)定了要實現(xiàn)分布式事務，需要三種角色：

• AP：Application 應用系統(tǒng)它就是我們開發(fā)的業(yè)務系統(tǒng)，在我們開發(fā)的過程中，可以使用資源管理器提供的事務接口來實現(xiàn)分布式事務。

• TM：Transaction Manager 事務管理器

• 分布式事務的實現(xiàn)由事務管理器來完成，它會提供分布式事務的操作接口供我們的業(yè)務系統(tǒng)調(diào)用。這些接口稱為TX接口。

• 事務管理器還管理著所有的資源管理器，通過它們提供的XA接口來同一調(diào)度這些資源管理器，以實現(xiàn)分布式事務。

• DTP只是一套實現(xiàn)分布式事務的規(guī)范，并沒有定義具體如何實現(xiàn)分布式事務，TM可以采用2PC、3PC、Paxos等協(xié)議實現(xiàn)分布式事務。

• RM：Resource Manager 資源管理器

• 能夠提供數(shù)據(jù)服務的對象都可以是資源管理器，比如：數(shù)據(jù)庫、消息中間件、緩存等。大部分場景下，數(shù)據(jù)庫即為分布式事務中的資源管理器。

• 資源管理器能夠提供單數(shù)據(jù)庫的事務能力，它們通過XA接口，將本數(shù)據(jù)庫的提交、回滾等能力提供給事務管理器調(diào)用，以幫助事務管理器實現(xiàn)分布式的事務管理。

• XA是DTP模型定義的接口，用于向事務管理器提供該資源管理器(該數(shù)據(jù)庫)的提交、回滾等能力。

• DTP只是一套實現(xiàn)分布式事務的規(guī)范，RM具體的實現(xiàn)是由數(shù)據(jù)庫廠商來完成的。

實際方案：基于XA協(xié)議的兩階段提交

XA是一個分布式事務協(xié)議，由Tuxedo提出。XA中大致分為兩部分：事務管理器和本地資源管理器。其中本地資源管理器往往由數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)，比如Oracle、DB2這些商業(yè)數(shù)據(jù)庫都實現(xiàn)了XA接口，而事務管理器作為全局的調(diào)度者，負責各個本地資源的提交和回滾。XA實現(xiàn)分布式事務的原理如下：

總的來說，XA協(xié)議比較簡單，而且一旦商業(yè)數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)了XA協(xié)議，使用分布式事務的成本也比較低。但是，XA也有致命的缺點，那就是性能不理想，特別是在交易下單鏈路，往往并發(fā)量很高，XA無法滿足高并發(fā)場景。XA目前在商業(yè)數(shù)據(jù)庫支持的比較理想，在MySQL數(shù)據(jù)庫中支持的不太理想，mysql的XA實現(xiàn)，沒有記錄prepare階段日志，主備切換回導致主庫與備庫數(shù)據(jù)不一致。許多NOSQL也沒有支持XA，這讓XA的應用場景變得非常狹隘。

方案2：基于可靠消息服務的分布式事務（事務消息中間件）

這種實現(xiàn)分布式事務的方式需要通過消息中間件來實現(xiàn)。假設有A和B兩個系統(tǒng)，分別可以處理任務A和任務B。此時系統(tǒng)A中存在一個業(yè)務流程，需要將任務A和任務B在同一個事務中處理。下面來介紹基于消息中間件來實現(xiàn)這種分布式事務。

• 在系統(tǒng)A處理任務A前，首先向消息中間件發(fā)送一條消息

• 消息中間件收到后將該條消息持久化，但并不投遞。此時下游系統(tǒng)B仍然不知道該條消息的存在。

• 消息中間件持久化成功后，便向系統(tǒng)A返回一個確認應答；

• 系統(tǒng)A收到確認應答后，則可以開始處理任務A；

• 任務A處理完成后，向消息中間件發(fā)送Commit請求。該請求發(fā)送完成后，對系統(tǒng)A而言，該事務的處理過程就結束了，此時它可以處理別的任務了。但commit消息可能會在傳輸途中丟失，從而消息中間件并不會向系統(tǒng)B投遞這條消息，從而系統(tǒng)就會出現(xiàn)不一致性。這個問題由消息中間件的事務回查機制完成，下文會介紹。

• 消息中間件收到Commit指令后，便向系統(tǒng)B投遞該消息，從而觸發(fā)任務B的執(zhí)行；

• 當任務B執(zhí)行完成后，系統(tǒng)B向消息中間件返回一個確認應答，告訴消息中間件該消息已經(jīng)成功消費，此時，這個分布式事務完成。

上述過程可以得出如下幾個結論：

1. 消息中間件扮演者分布式事務協(xié)調(diào)者的角色。

2. 系統(tǒng)A完成任務A后，到任務B執(zhí)行完成之間，會存在一定的時間差。在這個時間差內(nèi)，整個系統(tǒng)處于數(shù)據(jù)不一致的狀態(tài)，但這短暫的不一致性是可以接受的，因為經(jīng)過短暫的時間后，系統(tǒng)又可以保持數(shù)據(jù)一致性，滿足BASE理論。

上述過程中，如果任務A處理失敗，那么需要進入回滾流程。

• 若系統(tǒng)A在處理任務A時失敗，那么就會向消息中間件發(fā)送Rollback請求。和發(fā)送Commit請求一樣，系統(tǒng)A發(fā)完之后便可以認為回滾已經(jīng)完成，它便可以去做其他的事情。

• 消息中間件收到回滾請求后，直接將該消息丟棄，而不投遞給系統(tǒng)B，從而不會觸發(fā)系統(tǒng)B的任務B。

此時系統(tǒng)又處于一致性狀態(tài)，因為任務A和任務B都沒有執(zhí)行。

上面所介紹的Commit和Rollback都屬于理想情況，但在實際系統(tǒng)中，Commit和Rollback指令都有可能在傳輸途中丟失。那么當出現(xiàn)這種情況的時候，消息中間件是如何保證數(shù)據(jù)一致性呢？——答案就是超時詢問機制。

系統(tǒng)A除了實現(xiàn)正常的業(yè)務流程外，還需提供一個事務詢問的接口，供消息中間件調(diào)用。當消息中間件收到一條事務型消息后便開始計時，如果到了超時時間也沒收到系統(tǒng)A發(fā)來的Commit或Rollback指令的話，就會主動調(diào)用系統(tǒng)A提供的事務詢問接口詢問該系統(tǒng)目前的狀態(tài)。該接口會返回三種結果：

• 提交若獲得的狀態(tài)是“提交”，則將該消息投遞給系統(tǒng)B。

• 回滾若獲得的狀態(tài)是“回滾”，則直接將條消息丟棄。

• 處理中若獲得的狀態(tài)是“處理中”，則繼續(xù)等待。

消息中間件的超時詢問機制能夠防止上游系統(tǒng)因在傳輸過程中丟失Commit/Rollback指令而導致的系統(tǒng)不一致情況，而且能降低上游系統(tǒng)的阻塞時間，上游系統(tǒng)只要發(fā)出Commit/Rollback指令后便可以處理其他任務，無需等待確認應答。而Commit/Rollback指令丟失的情況通過超時詢問機制來彌補，這樣大大降低上游系統(tǒng)的阻塞時間，提升系統(tǒng)的并發(fā)度。

下面來說一說消息投遞過程的可靠性保證。當上游系統(tǒng)執(zhí)行完任務并向消息中間件提交了Commit指令后，便可以處理其他任務了，此時它可以認為事務已經(jīng)完成，接下來消息中間件一定會保證消息被下游系統(tǒng)成功消費掉！那么這是怎么做到的呢？這由消息中間件的投遞流程來保證。

消息中間件向下游系統(tǒng)投遞完消息后便進入阻塞等待狀態(tài)，下游系統(tǒng)便立即進行任務的處理，任務處理完成后便向消息中間件返回應答。消息中間件收到確認應答后便認為該事務處理完畢！

如果消息在投遞過程中丟失，或消息的確認應答在返回途中丟失，那么消息中間件在等待確認應答超時之后就會重新投遞，直到下游消費者返回消費成功響應為止。當然，一般消息中間件可以設置消息重試的次數(shù)和時間間隔，比如：當?shù)谝淮瓮哆f失敗后，每隔五分鐘重試一次，一共重試3次。如果重試3次之后仍然投遞失敗，那么這條消息就需要人工干預。

有的同學可能要問：消息投遞失敗后為什么不回滾消息，而是不斷嘗試重新投遞？

這就涉及到整套分布式事務系統(tǒng)的實現(xiàn)成本問題。我們知道，當系統(tǒng)A將向消息中間件發(fā)送Commit指令后，它便去做別的事情了。如果此時消息投遞失敗，需要回滾的話，就需要讓系統(tǒng)A事先提供回滾接口，這無疑增加了額外的開發(fā)成本，業(yè)務系統(tǒng)的復雜度也將提高。對于一個業(yè)務系統(tǒng)的設計目標是，在保證性能的前提下，最大限度地降低系統(tǒng)復雜度，從而能夠降低系統(tǒng)的運維成本。

不知大家是否發(fā)現(xiàn)，上游系統(tǒng)A向消息中間件提交Commit/Rollback消息采用的是異步方式，也就是當上游系統(tǒng)提交完消息后便可以去做別的事情，接下來提交、回滾就完全交給消息中間件來完成，并且完全信任消息中間件，認為它一定能正確地完成事務的提交或回滾。然而，消息中間件向下游系統(tǒng)投遞消息的過程是同步的。也就是消息中間件將消息投遞給下游系統(tǒng)后，它會阻塞等待，等下游系統(tǒng)成功處理完任務返回確認應答后才取消阻塞等待。為什么這兩者在設計上是不一致的呢？

首先，上游系統(tǒng)和消息中間件之間采用異步通信是為了提高系統(tǒng)并發(fā)度。業(yè)務系統(tǒng)直接和用戶打交道，用戶體驗尤為重要，因此這種異步通信方式能夠極大程度地降低用戶等待時間。此外，異步通信相對于同步通信而言，沒有了長時間的阻塞等待，因此系統(tǒng)的并發(fā)性也大大增加。但異步通信可能會引起Commit/Rollback指令丟失的問題，這就由消息中間件的超時詢問機制來彌補。

那么，消息中間件和下游系統(tǒng)之間為什么要采用同步通信呢？

異步能提升系統(tǒng)性能，但隨之會增加系統(tǒng)復雜度；而同步雖然降低系統(tǒng)并發(fā)度，但實現(xiàn)成本較低。因此，在對并發(fā)度要求不是很高的情況下，或者服務器資源較為充裕的情況下，我們可以選擇同步來降低系統(tǒng)的復雜度。我們知道，消息中間件是一個獨立于業(yè)務系統(tǒng)的第三方中間件，它不和任何業(yè)務系統(tǒng)產(chǎn)生直接的耦合，它也不和用戶產(chǎn)生直接的關聯(lián)，它一般部署在獨立的服務器集群上，具有良好的可擴展性，所以不必太過于擔心它的性能，如果處理速度無法滿足我們的要求，可以增加機器來解決。而且，即使消息中間件處理速度有一定的延遲那也是可以接受的，因為前面所介紹的BASE理論就告訴我們了，我們追求的是最終一致性，而非實時一致性，因此消息中間件產(chǎn)生的時延導致事務短暫的不一致是可以接受的。

方案3：最大努力通知（定期校對）也叫本地消息表

最大努力通知也被稱為定期校對，其實在方案二中已經(jīng)包含，這里再單獨介紹，主要是為了知識體系的完整性。這種方案也需要消息中間件的參與。

• 上游系統(tǒng)在完成任務后，向消息中間件同步地發(fā)送一條消息，確保消息中間件成功持久化這條消息，然后上游系統(tǒng)可以去做別的事情了；

• 消息中間件收到消息后負責將該消息同步投遞給相應的下游系統(tǒng)，并觸發(fā)下游系統(tǒng)的任務執(zhí)行；

• 當下游系統(tǒng)處理成功后，向消息中間件反饋確認應答，消息中間件便可以將該條消息刪除，從而該事務完成。

上面是一個理想化的過程，但在實際場景中，往往會出現(xiàn)如下幾種意外情況：

1. 消息中間件向下游系統(tǒng)投遞消息失敗

2. 上游系統(tǒng)向消息中間件發(fā)送消息失敗

對于第一種情況，消息中間件具有重試機制，我們可以在消息中間件中設置消息的重試次數(shù)和重試時間間隔，對于網(wǎng)絡不穩(wěn)定導致的消息投遞失敗的情況，往往重試幾次后消息便可以成功投遞，如果超過了重試的上限仍然投遞失敗，那么消息中間件不再投遞該消息，而是記錄在失敗消息表中，消息中間件需要提供失敗消息的查詢接口，下游系統(tǒng)會定期查詢失敗消息，并將其消費，這就是所謂的“定期校對”。

如果重復投遞和定期校對都不能解決問題，往往是因為下游系統(tǒng)出現(xiàn)了嚴重的錯誤，此時就需要人工干預。

對于第二種情況，需要在上游系統(tǒng)中建立消息重發(fā)機制。可以在上游系統(tǒng)建立一張本地消息表，并將 任務處理過程和 向本地消息表中插入消息這兩個步驟放在一個本地事務中完成。如果向本地消息表插入消息失敗，那么就會觸發(fā)回滾，之前的任務處理結果就會被取消。如果這量步都執(zhí)行成功，那么該本地事務就完成了。接下來會有一個專門的消息發(fā)送者不斷地發(fā)送本地消息表中的消息，如果發(fā)送失敗它會返回重試。當然，也要給消息發(fā)送者設置重試的上限，一般而言，達到重試上限仍然發(fā)送失敗，那就意味著消息中間件出現(xiàn)嚴重的問題，此時也只有人工干預才能解決問題。

對于不支持事務型消息的消息中間件，如果要實現(xiàn)分布式事務的話，就可以采用這種方式。它能夠通過重試機制+定期校對實現(xiàn)分布式事務，但相比于第二種方案，它達到數(shù)據(jù)一致性的周期較長，而且還需要在上游系統(tǒng)中實現(xiàn)消息重試發(fā)布機制，以確保消息成功發(fā)布給消息中間件，這無疑增加了業(yè)務系統(tǒng)的開發(fā)成本，使得業(yè)務系統(tǒng)不夠純粹，并且這些額外的業(yè)務邏輯無疑會占用業(yè)務系統(tǒng)的硬件資源，從而影響性能。

因此，盡量選擇支持事務型消息的消息中間件來實現(xiàn)分布式事務，如RocketMQ。

方案4：TCC（兩階段型、補償型）

跨應用的業(yè)務操作原子性要求，其實是比較常見的。比如在第三方支付場景中的組合支付，用戶在電商網(wǎng)站購物后，要同時使用余額和
紅包支付該筆訂單，而余額系統(tǒng)和紅包系統(tǒng)分別是不同的應用系統(tǒng)，支付系統(tǒng)在調(diào)用這兩個系統(tǒng)進行支付時，就需要保證余額扣減和紅
包使用要么同時成功，要么同時失敗。

TCC事務的出現(xiàn)正是為了解決應用拆分帶來的跨應用業(yè)務操作原子性的問題。當然，由于常規(guī)的XA事務(2PC，2 Phase Commit, 兩階段提交)
性能上不盡如人意，也有通過TCC事務來解決數(shù)據(jù)庫拆分的使用場景(如賬務拆分)，這個本文后續(xù)部分再詳述。

故從整個系統(tǒng)架構的角度來看，分布式事務的不同方案是存在層次結構的。

TCC的機制

明眼一看就知道，TCC應該是三個英文單詞的首字母縮寫而來。沒錯，TCC分別對應Try、Confirm和Cancel三種操作，
這三種操作的業(yè)務含義如下：

Try：預留業(yè)務資源Confirm：確認執(zhí)行業(yè)務操作Cancel：取消執(zhí)行業(yè)務操作

稍稍對照下關系型數(shù)據(jù)庫事務的三種操作：DML、Commit和Rollback，會發(fā)現(xiàn)和TCC有異曲同工之妙。在一個跨應用的業(yè)務操作中，
Try操作是先把多個應用中的業(yè)務資源預留和鎖定住，為后續(xù)的確認打下基礎，類似的，DML操作要鎖定數(shù)據(jù)庫記錄行，持有數(shù)據(jù)庫資源；
Confirm操作是在Try操作中涉及的所有應用均成功之后進行確認，使用預留的業(yè)務資源，和Commit類似；
而Cancel則是當Try操作中涉及的所有應用沒有全部成功，需要將已成功的應用進行取消(即Rollback回滾)。
其中Confirm和Cancel操作是一對反向業(yè)務操作。

簡而言之，TCC是應用層的2PC(2 Phase Commit, 兩階段提交)，如果你將應用看做資源管理器的話。
詳細來說，TCC每項操作需要做的事情如下：

1、Try：嘗試執(zhí)行業(yè)務。
完成所有業(yè)務檢查(一致性)
預留必須業(yè)務資源(準隔離性)
2、Confirm：確認執(zhí)行業(yè)務。
真正執(zhí)行業(yè)務
不做任何業(yè)務檢查
只使用Try階段預留的業(yè)務資源
3、Cancel：取消執(zhí)行業(yè)務
釋放Try階段預留的業(yè)務資源

一個完整的TCC事務參與方包括三部分：

主業(yè)務服務：主業(yè)務服務為整個業(yè)務活動的發(fā)起方，如前面提到的組合支付場景，支付系統(tǒng)即是主業(yè)務服務。
從業(yè)務服務：從業(yè)務服務負責提供TCC業(yè)務操作，是整個業(yè)務活動的操作方。從業(yè)務服務必須實現(xiàn)Try、Confirm和Cancel三個接口，
供主業(yè)務服務調(diào)用。
由于Confirm和Cancel操作可能被重復調(diào)用，故要求Confirm和Cancel兩個接口必須是冪等的。前面的組合支付場景中的余額系統(tǒng)和
紅包系統(tǒng)即為從業(yè)務服務。
業(yè)務活動管理器：業(yè)務活動管理器管理控制整個業(yè)務活動，包括記錄維護TCC全局事務的事務狀態(tài)和每個從業(yè)務服務的子事務狀態(tài)，并在業(yè)務活動提交時確認所有的TCC型操作的confirm操作，在業(yè)務活動取消時調(diào)用所有TCC型操作的cancel操作。
可見整個TCC事務對于主業(yè)務服務來說是透明的，其中業(yè)務活動管理器和從業(yè)務服務各自干了一部分工作。

TCC的優(yōu)點和限制

TCC事務的優(yōu)點如下：
解決了跨應用業(yè)務操作的原子性問題，在諸如組合支付、賬務拆分場景非常實用。
TCC實際上把數(shù)據(jù)庫層的二階段提交上提到了應用層來實現(xiàn)，對于數(shù)據(jù)庫來說是一階段提交，規(guī)避了數(shù)據(jù)庫層的2PC性能低下問題。

TCC事務的缺點，主要就一個：
TCC的Try、Confirm和Cancel操作功能需業(yè)務提供，開發(fā)成本高。
當然，對TCC事務的這個缺點是否是缺點，是一個見仁見智的事情。

一個案例理解

TCC說實話，TCC的理論有點讓人費解。故接下來將以賬務拆分為例，對TCC事務的流程做一個描述，希望對理解TCC有所幫助。
賬務拆分的業(yè)務場景如下，分別位于三個不同分庫的帳戶A、B、C，A和B一起向C轉(zhuǎn)帳共80元：分布式事務之說說TCC事務

1、Try：嘗試執(zhí)行業(yè)務。
完成所有業(yè)務檢查(一致性)：檢查A、B、C的帳戶狀態(tài)是否正常，帳戶A的余額是否不少于30元，帳戶B的余額是否不少于50元。
預留必須業(yè)務資源(準隔離性)：帳戶A的凍結金額增加30元，帳戶B的凍結金額增加50元，這樣就保證不會出現(xiàn)其他并發(fā)進程扣減
了這兩個帳戶的余額而導致在后續(xù)的真正轉(zhuǎn)帳操作過程中，帳戶A和B的可用余額不夠的情況。

2、Confirm：確認執(zhí)行業(yè)務。
真正執(zhí)行業(yè)務：如果Try階段帳戶A、B、C狀態(tài)正常，且?guī)鬉、B余額夠用，則執(zhí)行帳戶A給賬戶C轉(zhuǎn)賬30元、帳戶B給賬戶C轉(zhuǎn)賬50元的
轉(zhuǎn)帳操作。
不做任何業(yè)務檢查：這時已經(jīng)不需要做業(yè)務檢查，Try階段已經(jīng)完成了業(yè)務檢查。
只使用Try階段預留的業(yè)務資源：只需要使用Try階段帳戶A和帳戶B凍結的金額即可。

3、Cancel：取消執(zhí)行業(yè)務
釋放Try階段預留的業(yè)務資源：如果Try階段部分成功，比如帳戶A的余額夠用，且凍結相應金額成功，帳戶B的余額不夠而凍結失敗，則需要對帳戶A做Cancel操作，將帳戶A被凍結的金額解凍掉。

上述就是小編為大家分享的怎么分析分布式事務常用解決方法了，如果剛好有類似的疑惑，不妨參照上述分析進行理解。如果想知道更多相關知識，歡迎關注創(chuàng)新互聯(lián)行業(yè)資訊頻道。

網(wǎng)站題目：怎么分析分布式事務常用解決方法
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