分布式事务

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

 

1、tx-manager

配置注册中心地址和redis
2、事务发起方添加@TxTransaction(isStart=true)即可
      

3、事务参与方@TxTransaction

          

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。