2阶段提交（2PC）

一、2PC基本概念

2PC（Two-Phase Commit，两阶段提交）是分布式系统中保证事务原子性的经典协议，它通过协调者（Coordinator）和参与者（Participant）的交互，

确保所有节点要么全部提交事务，要么全部回滚事务

1、两个阶段分别为：

• 准备阶段

• 提交阶段

2、参与的角色：

• 协调者（Coordinator）：事务的发起者和决策者，负责控制整个提交过程

• 参与者（Participant）：事务的执行者

二、协议的两个阶段

第一阶段：准备阶段（投票阶段）

1、协调者发送准备请求：协调者向所有参与者发送Prepare消息

2、参与者执行事务：每个参与者执行事务操作但不提交，将undo/redo信息写入日志

3、参与者响应准备结果：

• 如果事务执行成功：返回YES投票

• 如果事务执行失败：返回NO投票

这是两阶段的第一段，这一阶段只是准备阶段，由事务的协调者发起询问参与者是否可以提交事务，但是这一阶段并未提交事务，流程图如下图：

第二阶段：提交阶段（执行阶段）

根据第一阶段的投票结果：

情况1：所有参与者都返回YES

1、协调者发送COMMIT请求

2、参与者收到后完成事务提交

3、参与者向协调者发送ACK确认

4、协调者收到所有ACK后完成事务

情况2：任一参与者返回NO或超时未响应

1、协调者发送ROLLBACK请求

2、参与者收到后执行事务回滚

3、参与者向协调者发送ACK确认

4、协调者收到所有ACK后中断事务

三、二阶段事务均正常提交的完整流程如下图：

举个百米赛跑的例子来具体描述下2PC的流程：学校运动会，有三个同学，分别是A，B，C，2PC流程如下：

• 裁判：A同学准备好了吗？准备进入第一赛道....

• 裁判：B同学准备好了吗？准备进入第一赛道....

• 裁判：C同学准备好了吗？准备进入第一赛道....

• 如果有任意一个同学没准备好，则裁判下达回滚指令

• 如果裁判收到了所有同学的 OK 回复，则再次下令跑......

• 裁判：1,2,3 跑............

• A同学冲刺到终点，汇报给裁判

• B，C同学冲刺失败，汇报给裁判

四、2PC的优点

• 强一致性：保证所有节点数据状态一致

• 简单易懂：协议流程清晰明确

• 广泛支持：多数关系数据库都实现了2PC

五、2PC的缺点

• 同步阻塞：参与者需要等待其他节点的响应，期间资源被锁定

• 单点问题：协调者故障会导致系统阻塞

• 数据不一致风险：

  • 第二阶段协调者发送COMMIT后崩溃，部分参与者可能收不到提交指令

  • 网络分区可能导致部分节点提交而其他节点未提交

• 保守性：任一节点失败都会导致整个事务回滚

六、2PC的容错处理

协调者故障

1、准备阶段故障：可以安全中止事务

2、提交阶段故障：

• 参与者处于"准备就绪"状态：必须等待协调者恢复

• 需要引入超时机制和持久化日志

参与者故障

1、准备阶段故障：协调者收不到响应，超时后中止事务

2、提交阶段故障：协调者必须不断重试直到收到ACK

七、2PC的变种与优化

1、3PC（三阶段提交）：增加预提交阶段，减少阻塞时间

2、Paxos Commit：基于Paxos算法的高容错实现

3、Saga模式：长事务的替代方案，将大事务拆分为多个本地事务