3阶段提交（3PC）

一、3PC基本概念

三阶段提交协议，是二阶段提交协议的改进版本，三阶段提交有两个改动点:

• 在协调者和参与者中都引入超时机制

• 在第一阶段和第二阶段中插入一个预提交阶段。保证了在最后提交阶段之前各参与节点的状态是一致的

1、三个阶段分别为：

• CanCommit（询问阶段）

• PreCommit（预提交阶段）

• DoCommit（提交阶段）

2、参与的角色：

• 协调者(Coordinator)：事务的发起者和决策者

• 参与者(Participant)：实际执行事务的资源管理器

二、协议的三个阶段

第一阶段：CanCommit（询问阶段）

1、协调者发送CanCommit请求：询问参与者是否具备执行条件

2、参与者预检查：

• 检查自身状态是否正常

• 检查资源是否可用

• 检查锁能否获取

3、参与者响应：

• 条件满足：返回 YES

• 条件不满足：返回 NO

特点：此阶段不锁定资源，只做可行性评估

CanCommit阶段流程如下图：

第二阶段：PreCommit（预提交阶段）

情况1：所有参与者返回YES

1、协调者发送PreCommit请求

2、参与者：

• 执行事务操作但不提交

• 记录undo/redo日志

• 锁定必要资源

3、参与者返回ACK

情况2：任一参与者返回NO或超时

1、协调者发送Abort请求

2、参与者中断事务

3、参与者返回ACK

第三阶段：DoCommit（提交阶段）

情况1：前两阶段都成功

1、协调者发送DoCommit请求

2、参与者：

• 完成事务提交

• 释放锁

3、参与者返回ACK

情况2：协调者未收到足够ACK或超时

1、发送中断请求 如果协调者处于工作状态，向所有参与者发出 abort 请求

2、事务回滚 参与者接收到abort请求之后，利用其在阶段二记录的undo Log信息来执行事务的回滚操作，并在完成回滚之后释放所有的事务资源。

3、反馈结果 参与者完成事务回滚之后，向协调者反馈ACK消息

4、中断事务 协调者接收到参与者反馈的ACK消息之后，执行事务的中断

三、3PC相比2PC的改进

1、引入询问阶段：提前发现不可行的情况，避免资源锁定

2、增加预提交状态：使参与者有明确的中间状态

3、超时中断机制：

• 参与者在 PreCommit（预提交阶段）超时会自动提交

• 参与者在 CanCommit（询问阶段）超时会自动中止

4、降低阻塞时间：单点故障时参与者能更快恢复

四、3PC的优点

1、减少阻塞：通过预检查降低资源锁定时间

2、提高可用性：超时机制使系统在协调者故障时能继续运行

3、明确状态转换：三个阶段对应清晰的状态机

4、降低数据不一致风险：预提交状态减少了"不确定状态"的持续时间

五、3PC的缺点

1、额外网络开销：多一个阶段意味着更多通信

2、实现复杂度高：需要精确的状态管理和超时处理

3、仍可能阻塞：在 DoCommit（提交阶段）协调者故障，部分参与者可能收不到指令

4、不完美容错：网络分区时仍可能出现不一致

六、3PC的容错处理

协调者故障场景：

1、CanCommit（询问阶段）故障：参与者超时后自动中止

2、PreCommit（预提交阶段）故障：

• 已收到PreCommit的参与者会等待超时后自动提交

• 未收到PreCommit的参与者会中止

3、DoCommit（提交阶段）故障：参与者超时后自动提交

参与者故障场景：

1、CanCommit（询问阶段）故障：协调者收不到响应，中止事务

2、PreCommit（预提交阶段）故障：协调者中止事务，其他参与者回滚

3、DoCommit（提交阶段）故障：协调者重试直到收到ACK

七、三阶段事务均正常提交的完整流程如下图：