分布式事务，解决方案

分布式事务cap理解论证-解决方案
分布式系统的2pc、3pc详细分析

一、理论

cap相关：

cap与base相关：我的博客

而对于分布式中的问题的解决方案,cap原则出现,描述如下:

一致性(consistency):

像a节点写入一条信息之后,同一时刻,在其他节点都可以读到这条信息

可用性(availability):

多布一些节点a,b,c…,任何时刻,用户访问,都应该以可预期的结果返回,而不是浏览器报错,404,500,页面丢失…等用户体验不好的情况发生

分区容忍性(partitiontolerance):

当各系统模块间通信出现问题时,设计一个策略,使系统仍可对外提供满足一致性或可用性

刚接触cap时,有些不理解分区容忍性,我们自己倒推一下:

1. 为了保证一致性,我们需要各个节点同步消息
2. 为了保证可用性我们可以多部署节点,部分节点挂了仍可对外提供服务
3. 为了保证分区容忍性:此刻卡壳了,怎么做?没了一种具体的方式,然而他还是客观存在的。后来发现:进入了思维盲点:只要在分布式场景中,分区必然存在,那么如果不处理分区发生时的情况,节点无法通讯时会发生什么?–此刻如果仍对外提供服务,那么导致无法同步消息,即保证不了强一致性;如果要保证强一致性,那么就需要节点阻塞,一直等待通讯恢复,即保证不了可用性.

所以分区容忍性就是:当发生分区问题时,我们使用策略,在一致性和可用性二者间选择
注意: 无法通信包括网络问题,或者节点机器宕机

误区: cap理论中说三者不可兼得,但实际情况是,在分布式场景中分区一定存在,即必须有分区容忍性对应的策略,之后才能在一致性和可用性间二者之间选择.所以对主流架构来说不是三选二,而是二选一。

对p的理解

很多人可能对分区容忍性不太理解，知乎有一个回答对这个解释的比较清楚cap理论中的p到底是个什么意思？，这里引用一下：

• 一个分布式系统里面，节点组成的网络本来应该是连通的。然而可能因为一些故障，使得有些节点之间不连通了，整个网络就分成了几块区域。数据就散布在了这些不连通的区域中。这就叫分区。
• 当你一个数据项只在一个节点中保存，那么分区出现后，和这个节点不连通的部分就访问不到这个数据了。这时分区就是无法容忍的。
• 提高分区容忍性的办法就是一个数据项复制到多个节点上，那么出现分区之后，这一数据项就可能分布到各个区里，容忍性就提高了。
• 然而，要把数据复制到多个节点，就会带来一致性的问题，就是多个节点上面的数据可能是不一致的。
• 要保证一致，每次写操作就都要等待全部节点写成功，而这等待又会带来可用性的问题。
• 总的来说就是，数据存在的节点越多，分区容忍性越高，但要复制更新的数据就越多，一致性就越难保证。为了保证一致性，更新所有节点数据所需要的时间就越长，可用性就会降低。

xa规范：

xa规范中，事务管理器主要通过以下的接口对资源管理器进行管理

• xa_open，xa_close：建立和关闭与资源管理器的连接。
• xa_start，xa_end：开始和结束一个本地事务。
• xa_prepare，xa_commit，xa_rollback：预提交、提交和回滚一个本地事务。
• xa_recover：回滚一个已进行预提交的事务。

xa规范：

解决方案

• 维护本地消息表
• 使用rocketmq事务消息：
• 两阶段提交协议(2pc)
• tcc事务补偿机制

使用限制：

a. xa事务和本地事务以及锁表操作是互斥的

开启了xa事务就无法使用本地事务和锁表操作:

mysql> xa start 't1xa';
query ok, 0 rows affected (0.04 sec)
mysql> begin;
error 1399 (xae07): xaer_rmfail: the command cannot be executed when global transaction is in the active state
mysql> lock table t1 read;
error 1399 (xae07): xaer_rmfail: the command cannot be executed when global transaction is in the active state

开启了本地事务就无法使用xa事务:

mysql> begin;
query ok, 0 rows affected (0.00 sec)
mysql> xa start 'rrrr';
error 1400 (xae09): xaer_outside: some work is done outside global transaction

b. xa start 之后必须xa end， 否则不能执行xa commit 和xa rollback

所以如果在执行xa事务过程中有语句出错了，你也需要先xa end一下，然后才能xarollback。

注意事项:

a. mysql只是提供了xa事务的接口，分布式事务中的mysql实例之间是互相独立的不感知的。 所以用户必须
自己实现分布式事务的调度器

b. xa事务有一些使用上的bug， 参考http://www.mysqlops.com/2012/02/24/mysql-xa-optimize.html

主要是:
“mysql数据库的主备数据库的同步，通过binlog的复制完成。而binlog是mysql数据库内部xa事务的协调者，并且mysql数据库为binlog做了优化——binlog不写prepare日志，只写commit日志。
所有的参与节点prepare完成，在进行xa commit前crash。crash recover如果选择commit此事务。由于binlog在prepare阶段未写，因此主库中看来，此分布式事务最终提交了，但是此事务的操作并未 写到binlog中，因此也就未能成功复制到备库，从而导致主备库数据不一致的情况出现。
而crash recover如果选rollback, 那么就会出现全局不一致（该分布式事务对应的节点，部分已经提交，无法回滚，而部分节点回滚。最终导致同一分布式事务，在各参与节点，最终状态不一致）”

参考的那篇blog中给出的办法是修改mysql代码，这个无法在dbscale中使用。 所以可选的替代方案是不使用
主从复制进行备份，而是直接使用xa事务实现同步写来作为备份。

二、两阶段提交2pc

1. 介绍

两个角色：

1. 协调者
2. 参与者

两个阶段：

1. 阶段一：提交事务请求
2. 阶段二：执行事务提交

牺牲了一部分可用性来换取的一致性。解决方案有：springboot+atomikos or bitronix

优点： 原理简单，实现方便

缺点：

1. 同步阻塞：在提交的过程中，所有参与者都处于阻塞状态，大大降低并发度
2. 单点问题：一旦协调者出现问题，则所有参与者处于锁定状态，无法对外服务
3. 数据不一致：在阶段二，协调者发送了commit之后，发生了局部网络异常或者协调者尚未发送完commit请求就宕机了，导致部分参与者收到commit，导致系统出现不一致
4. 太过保守：协调者在阶段一中，参与者出现故障而导致协调者无法获取到所有参与者的响应，协调者只能依靠超时时间来判断是否中断事务。换句话说，没有完善的容错机制。

2. 实现

jta（java transaction api）定义了对xa事务的支持。像很多其他的java规范一样，jta仅仅定义了接口，具体的实现则是由供应商(如j2ee厂商)负责提供，目前jta的实现主要有以下几种：

• j2ee容器所提供的jta实现(如jboss)。
• 独立的jta实现：如jotm（java open transaction manager），atomikos。这些实现可以应用在那些不使用j2ee应用服务器的环境里用以提供分布事事务保证。

mysql中的xa实现分为：外部xa和内部xa。前者是指我们通常意义上的分布式事务实现；后者是指单台mysql服务器中，server层作为tm(事务协调者)，而服务器中的多个数据库实例作为rm，而进行的一种分布式事务，也就是mysql跨库事务；也就是一个事务涉及到同一条mysql服务器中的两个innodb数据库(因为其它引擎不支持xa)。

三、三阶段提交3pc

是二阶段的改进版，将二阶段的提交事务请求过程一分为二，形成了：

1. cancommit：协调者发送事务询问、参与者反馈
2. precommit：协调者发送预提交请求、参与者事务预提交（执行事务操作，写undo、redo日志）、参与者响应
3. docommit：协调者发送提交请求、参与者事务提交（事务提交，释放资源）、参与者响应

在阶段二中，参与者可能会响应no，或者协调者等待超时时间后还无法收到所有参与者的反馈，则中断事务：协调者向所有参与者发送abort请求。参与者无论是收到协调者的abort请求，或者等待协调者请求过程中超时，都会中断事务。

在阶段三中，如果有任一参与者发送了no，或者等待超时后协调者还没收到所有参与者的反馈，则中断事务。需要注意的事，进入阶段三，可能会有下面两种故障：

• 协调者出现问题
• 协调者、参与者之间的网络出现问题

无论哪种情况，都会导致参与者无法及时收到来自协调者的docommit或者abort请求，这种情况，参与者在等待超时后继续进行事务提交。

优点：

1. 降低了参与者的阻塞范围（二阶段中如果参与者与协调者断开，参与者abort；三阶段，提交），并且能够在单点故障后继续达成一致。

缺点：

1. 参与者在收到precommit后出现网络分区，参与者依然会提交事务，会造成不一致。

四、实现

todo