分布式事务之解决方案（XA和2PC）
3. 分布式事务解决方案之2pc（两阶段提交）
针对不同的分布式场景业界常见的解决方案有2pc、tcc、可靠消息最终一致性、最大努力通知这几种。
2pc即两阶段提交协议，是将整个事务流程分为两个阶段，准备阶段（prepare phase）、提交阶段（commit phase），2是指两阶段，p是指准备阶段，c是提交阶段。
举例 ：张三和李四好久不见，老友约起聚餐，饭店老板要求先买单，才能出票。这时张三和李四分别抱怨近况不如意，囊肿羞涩，都不愿意请客，这时只能aa。只有张三和李四都付款，老板才能出票安排就餐。但由于张三和李四都是铁公鸡，形成两尴尬的一幕 ：
准备阶段 ：老板要求张三付款，张三付款。老板要求李四付款，李四付款。
提交阶段 ：老板出票，两人拿票纷纷落座就餐。
例子中形成两一个事务，若张三或李四其中一个拒绝付款，或钱不够，店老板都不会给出票，并且会把已收款退回。
整个事务过程由事务管理器和参与者组成，店老板就是事务管理器，张三、李四就是事务参与者，事务管理器负责决策整个分布式事务的提交和回滚，事务参与者负责自己本地事务的提交和回滚。
在计算机中部分关系数据库如oracle、mysql支持两阶段提交协议，如下图 ：
1. 准备阶段（prepare phase）：事务管理器给每个参与者发送prepare消息，每个数据库参与者在本地执行事务，并写本地的undo/redo日志，此时事务没有提交。
（undo日志是记录修改前的数据，用于数据库回滚，redo日志是记录修改后的数据，用于提交事务后写入数据文件）
2. 提交阶段（commit phase）：如果事务管理器收到两参与者的执行失败或者超时消息时，直接给每个参与者发送回滚（rollback）消息；否则，发送提交（commit）消息；参与者根据事务管理器的指令执行提交或者回滚操作，并释放事务处理过程中使用的锁资源。注意 ：必须在最后阶段释放锁资源。
下图展示两2pc的两个阶段，分成功和失败两个情况说明 ：
成功情况 ：
失败情况 ：
2pc的传统方案是在数据库层面实现的，如oracle、mysql都支持2pc协议，为了统一标准减少行业内不必要的对接成本，需要制定标准化的处理模型及接口标准，国际开放标准组织open group定义分布式事务处理模型dtp（distributed transaction processing reference model）。
为了让大家更明确xa方案的内容，下面新用户注册送积分为例来说明 ：
执行流程如下 ：
1、应用程序（ap）持有用户库和积分库两个数据源。
2、应用程序（ap）通过tm通知用户库rm新增用户，同时通知积分库rm为该用户新增积分，rm此时并未提交事务，此时用户和积分资源锁定。
3、tm收到执行回复，只要有一方失败则分别向其他rm发起回滚事务，回滚完毕，资源锁释放。
4、tm收到执行回复，全部成功，此时向所有rm发起提交事务，提交完毕，资源锁释放。
dtp模型定义如下角色 ：
- ap(application program) : 既应用程序，可以理解为使用dtp分布式事务的程序。
- rm(resource manager) : 即资源管理器，可以理解为事务的参与者，一般情况下是指一个数据库实例，通过资源管理器对该数据库进行控制，资源管理器控制着分支事务。
- tm(transaction manager) : 事务管理器，负责协调和管理事务，事务管理器控制着全局事务，管理事务生命周期，并协调各个rm。全局事务是指分布式事务处理环境中，需要操作多个数据库共同完成一个工作，这个工作即是一个全局事务。
- dtp模型定义tm和rm之间通讯的接口规范叫xa，简单理解为数据库提供的2pc接口协议，基于数据库的xa协议来实现2pc又称为xa方案。
- 以上三个角色之间的交互方式如下 ：
1）tm向ap提供应用程序编程接口，ap通过tm提交及回滚事务。
2）tm交易中间件通过xa接口来通知rm数据库事务的开始、结束以及提交、回滚等。
总结 ：
整个2pc的事务流程涉及到三个角色ap、rm、tm。ap指的是使用2pc分布式事务的应用程序；rm指的是资源管理器，它控制着分支事务；tm指的是事务管理器，它控制着整个全局事务。
1）在准备阶段rm执行实际的业务操作，但不提交事务，资源锁定；
2）在提交阶段tm会接收rm在准备阶段的执行回复，只要有任一个rm执行失败，tm会通知所有rm执行回滚操作，否则，tm将会通知所有rm提交该事务。提交阶段结束资源锁释放。
xa方案的问题 ：
1、需要本地数据库支持xa协议。
2、资源锁需要等到两个阶段结束才释放，性能较差。
seata是阿里中间件团队发起的开源项目fescar，后更名seata，它是一个是开源的分布式事务框架。传统2pc的问题在seata中得到了解决，它通过对本地关系数据库的分支事务的协调来驱动完成全局事务，是工作在应用层的中间件。主要优点是性能较好，且不长时间占用连接资源，它以高效并且对业务0入侵的方式解决微服务场景下面临的分布式事务问题，它目前提供at模式（即2pc）及tcc模式的分布式事务解决方案。
seata的设计思想如下 ：
seata的设计目标其一是对业务无入侵，因此从业务无入侵的2pc方案着手，在传统2pc的基础上演进，并解决2pc方案面临的问题。
seata把一个分布式事务理解成一个包含来若干分支事务的全局事务。全局事务的职责是协调其下管辖的分支事务达成一致，要么一起成功提交，要么一起失败回滚。此外，通常分支事务本身就是一个关系数据库的本地事务，下图是全局事务与分支事务的关系图 ：
与传统2pc的模型类似，seata定义了三个组件来协议分布式事务的处理过程 ：
- transaction coordinator（tc）：事务协调器，它是独立的中间件，需要独立部署运行，它维护全局事务的运行状态，接收tm指令发起全局事务的提交与回滚，负责与rm通信协调各个分支事务的提交或回滚。
- transaction manager（tm）：事务管理器，tm需要嵌入应用程序中工作，它负责开启一个全局事务，并最终向tc发起全局提交或全局回滚的指令。
- resource manager（rm）：控制分支事务，负责分支注册、状态汇报，并接收事务协调器tc的指令，驱动分支（本地）事务的提交和回滚。
还拿新用户注册送积分举例seata的分布式事务过程 ：
具体的执行流程如下 ：
- 用户服务的tm向tc申请开启一个全局事务，全局事务创建成功并生成一个全局唯一的xid。
- 用户服务的rm向tc注册分支事务，该分支事务在用户服务执行新增用户逻辑，并将其纳入xid对应全局事务的管辖。
- 用户服务执行分支事务，向用户表插入一条记录。
- 逻辑执行到远程调用积分服务时（xid在微服务调用链路的上下文中传播）。积分服务的rm向tc注册分支事务，该分支事务执行增加积分的逻辑，并将其纳入xid对应全局事务的管辖。
- 积分服务执行分支事务，向积分记录表插入一条记录，执行完毕后，返回用户服务。
- 用户服务分支事务执行完毕。
- tm向tc发起针对xid的全局提交或回滚决议。
- tc调度xid下管辖的全部分支事务完成提交或回滚请求。
seata实现2pc与传统2pc的差别 ：
架构层次方面，传统2pc方案的rm实际上是在数据库层，rm本质上就是数据库自身，通过xa协议实现，而seata的rm是以jar包的形式作为中间件层部署在应用程序的这一侧的。
两阶段提交方面，传统2pc无论第二阶段的决议是commit还是rollbcak，事务性资源的锁都要保持到phase2完成才释放。而seata的做法是在phase1就将本地事务提交，这样就可以省去phase2持锁的时间，整体提高效率。
本实例通过seata中间件实现分布式事务，模拟两个账户的转账交易过程。两个账户在两个不同的银行（张三在bank1、李四在bank2），bank1和bank2是两个微服务。交易过程中，张三给李四转账制定金额。
上述交易步骤，要么一起成功，要么一起失败，必须是一个整体性的事务。
本实例程序组成 部分如下 ：
数据库 ：mysql-5.7.25
包括bank1和bank2两个数据库。
jdk：1.8
微服务框架 ：spring-boot-2.1.3、spring-cloud-greenwich.release
seata客户端（rm、tm）：spring-cloud-alibaba-seata-2.1.0release
seata服务端(tc):seata-server-0.7.1
微服务及数据库的关系 ：
dtx/dtx-seata-demo/seata-demo-bank1 银行1，操作张三账户，链接数据库bank1
dtx/dtx-seata-demo/seata-demo-bank2 银行2，操作李四账户，链接数据库bank2
服务注册中兴 ：dtx/discover-server
本实例程序技术架构如下 ：
交互流程如下 ：
1、请求bank1进行转账，传入转账金额。
2、bank1减少转账金额，调用bank2，传入转账金额。
bank1库，包含张三账户
create database /*!32312 if not exists*/`bank1` /*!40100 default character set utf8 */;
use `bank1`;
/*table structure for table `account_info` */
drop table if exists `account_info`;
create table `account_info` (
`id` bigint(20) not null auto_increment,
`account_name` varchar(100) collate utf8_bin default null comment '户主姓名',
`account_no` varchar(100) collate utf8_bin default null comment '银行卡号',
`account_password` varchar(100) collate utf8_bin default null comment '帐户密码',
`account_balance` double default null comment '帐户余额',
primary key (`id`) using btree
) engine=innodb auto_increment=3 default charset=utf8 collate=utf8_bin row_format=dynamic;
/*data for the table `account_info` */
insert into `account_info`(`id`,`account_name`,`account_no`,`account_password`,`account_balance`) values (2,'张三','1',null,1000);
/*table structure for table `de_duplication` */
drop table if exists `de_duplication`;
create table `de_duplication` (
`tx_no` varchar(64) collate utf8_bin not null,
`create_time` datetime default null,
primary key (`tx_no`) using btree
) engine=innodb default charset=utf8 collate=utf8_bin row_format=dynamic;
/*data for the table `de_duplication` */
/*table structure for table `local_cancel_log` */
drop table if exists `local_cancel_log`;
create table `local_cancel_log` (
`tx_no` varchar(64) not null comment '事务id',
`create_time` datetime default null,
primary key (`tx_no`)
) engine=innodb default charset=utf8;
/*data for the table `local_cancel_log` */
/*table structure for table `local_confirm_log` */
drop table if exists `local_confirm_log`;
create table `local_confirm_log` (
`tx_no` varchar(64) not null comment '事务id',
`create_time` datetime default null,
primary key (`tx_no`)
) engine=innodb default charset=utf8;
/*data for the table `local_confirm_log` */
/*table structure for table `local_trade_log` */
drop table if exists `local_trade_log`;
create table `local_trade_log` (
`tx_no` bigint(20) not null,
`create_time` datetime default null,
primary key (`tx_no`) using btree
) engine=innodb default charset=utf8 collate=utf8_bin row_format=dynamic;
drop table if exists `local_try_log`;
create table `local_try_log` (
`tx_no` varchar(64) not null comment '事务id',
`create_time` datetime default null,
primary key (`tx_no`)
) engine=innodb default charset=utf8;
/*data for the table `local_try_log` */
/*table structure for table `undo_log` */
drop table if exists `undo_log`;
create table `undo_log` (
`id` bigint(20) not null auto_increment,
`branch_id` bigint(20) not null,
`xid` varchar(100) not null,
`context` varchar(128) not null,
`rollback_info` longblob not null,
`log_status` int(11) not null,
`log_created` datetime not null,
`log_modified` datetime not null,
`ext` varchar(100) default null,
primary key (`id`),
unique key `ux_undo_log` (`xid`,`branch_id`)
) engine=innodb auto_increment=167 default charset=utf8;
/*data for the table `undo_log` */
insert into `undo_log`(`id`,`branch_id`,`xid`,`context`,`rollback_info`,`log_status`,`log_created`,`log_modified`,`ext`) values (166,2019228885,'192.168.1.101:8888:2019228047','serializer=jackson','{}',1,'2019-08-11 15:16:43','2019-08-11 15:16:43',null);
bank2库，包含李四账户
create database /*!32312 if not exists*/`bank2` /*!40100 default character set utf8 */; use `bank2`; /*table structure for table `account_info` */ drop table if exists `account_info`; create table `account_info` ( `id` bigint(20) not null auto_increment, `account_name` varchar(100) collate utf8_bin default null comment '户主姓名', `account_no` varchar(100) collate utf8_bin default null comment '银行卡号', `account_password` varchar(100) collate utf8_bin default null comment '帐户密码', `account_balance` double default null comment '帐户余额', primary key (`id`) using btree ) engine=innodb auto_increment=4 default charset=utf8 collate=utf8_bin row_format=dynamic; /*data for the table `account_info` */ insert into `account_info`(`id`,`account_name`,`account_no`,`account_password`,`account_balance`) values (3,'李四的账户','2',null,0); /*table structure for table `de_duplication` */ drop table if exists `de_duplication`; create table `de_duplication` ( `tx_no` varchar(64) collate utf8_bin not null, `create_time` datetime default null, primary key (`tx_no`) using btree ) engine=innodb default charset=utf8 collate=utf8_bin row_format=dynamic; /*data for the table `de_duplication` */ /*table structure for table `local_cancel_log` */ drop table if exists `local_cancel_log`; create table `local_cancel_log` ( `tx_no` varchar(64) not null comment '事务id', `create_time` datetime default null, primary key (`tx_no`) ) engine=innodb default charset=utf8; /*data for the table `local_cancel_log` */ /*table structure for table `local_confirm_log` */ drop table if exists `local_confirm_log`; create table `local_confirm_log` ( `tx_no` varchar(64) not null comment '事务id', `create_time` datetime default null ) engine=innodb default charset=utf8; /*data for the table `local_confirm_log` */ /*table structure for table `local_trade_log` */ drop table if exists `local_trade_log`; create table `local_trade_log` ( `tx_no` bigint(20) not null, `create_time` datetime default null, primary key (`tx_no`) using btree ) engine=innodb default charset=utf8 collate=utf8_bin row_format=dynamic; drop table if exists `local_try_log`; create table `local_try_log` ( `tx_no` varchar(64) not null comment '事务id', `create_time` datetime default null, primary key (`tx_no`) ) engine=innodb default charset=utf8; /*data for the table `local_try_log` */ /*table structure for table `undo_log` */ drop table if exists `undo_log`; create table `undo_log` ( `id` bigint(20) not null auto_increment, `branch_id` bigint(20) not null, `xid` varchar(100) not null, `context` varchar(128) not null, `rollback_info` longblob not null, `log_status` int(11) not null, `log_created` datetime not null, `log_modified` datetime not null, `ext` varchar(100) default null, primary key (`id`), unique key `ux_undo_log` (`xid`,`branch_id`) ) engine=innodb default charset=utf8;
（1）下载seata服务器
下载地址 ：
（2）解压并启动
winodws ：【seata服务端解压路径】/bin/seata-server.bat -p 8888 -m file
mac/linux : 【seata服务端解压路径】nohup sh seata-server.sh -p 8888 -h 127.0.0.1 -m file &> seata.log &
注 ：其中8888为服务端口号；file为启动模式，这里指seata服务将采用文件的方式存储信息。
如上图出现“server started。。。“的字样则表示启动成功。
discover-server是服务注册中心，测试工程将自己注册至discover-server。
dtx-seata-demo是seata的测试工程，根据业务需求需要创建两个dex-seata-demo工程。
（1）父工程maven依赖说明
在dtx父工程中指定了springboot和springcloud版本
在dtx-seata-demo父工程中指定了spring-cloud-alibaba-dependencies的版本。
（3）配置seata
在src/main/resource中，新增registry.conf、file.conf文件，内容可拷贝seata-server-0.7.1中的配置文件子。 在registry.conf中registry.type使用file:
在file.conf中更改service.vgroup_mapping.[springcloud服务名]-fescar-service-group = “default”，并修改 service.default.grouplist =[seata服务端地址]
关于vgroup_mapping的配置:
vgroup_mapping.事务分组服务名=seata server集群名称(默认名称为default) default.grouplist = seata server集群地址
在 org.springframework.cloud:spring-cloud-starter-alibaba-seata 的 org.springframework.cloud.alibaba.seata.globaltransactionautoconfiguration 类中，默认会使用 ${spring.application.name}-fescar-service-group 作为事务分组服务名注册到 seata server上，如果和 file.conf 中的配置不一致，会提示 no available server to connect 错误
也可以通过配置 spring.cloud.alibaba.seata.tx-service-group 修改后缀，但是必须和 file.conf 中的配置保持 一致。
(4)创建代理数据源
新增databaseconfiguration.java，seata的rm通过datasourceproxy才能在业务代码的事务提交时，通过这个切 入点，与tc进行通信交互、记录undo_log等。
@configuration
public class databaseconfiguration {
@bean
@configurationproperties(prefix = "spring.datasource.ds0")
public druiddatasource ds0() {
druiddatasource druiddatasource = new druiddatasource();
return druiddatasource;
}
@primary
@bean
public datasource datasource(druiddatasource ds0) {
datasourceproxy pds0 = new datasourceproxy(ds0);
return pds0;
}
}
1、正常提交流程
2、回滚流程
回滚流程省略前的rm注册过程。
要点说明 ：
1、每个rm使用datasourceproxy连接数据库，其目的是使用connectionproxy，使用数据源和数据连接代理的目的就是第一阶段将undo_log和业务数据放在一个本地事务提交，这样就保存了只要有业务操作就一定有undo_log.
2、在第一阶段undo_log中存放了数据修改前和修改后的值，为事务回滚作好准备，所以第一阶段完成就已经将分支事务提交，也就释放了锁资源。
3、tm开启全局事务开始，将xid全局事务id放在事务上下午中，通过feign调用也将xid传入下游分支事务，每个分支事务将自己的branch id分支事务id与xid关联。
4、第二阶段全局事务提交，tc会通知各个分支参与者提交分支事务，在第一阶段就已经提交了分支事务，这里各个参与者只需要删除undo_log即可，并且可以异步执行，第二阶段很快可以完成。
5、第二阶段全局事务回滚，tc会通知各个分支参与者回滚分支事务，通过xid和branch id找到相应的回滚日志，通过回滚日志生成反向的sql并执行，以完成分支事务回滚到之前的状态，如果回滚失败则会重试回滚操作。
dtx-seata-demo-bank1实现如下功能：
1、张三账户减少金额，开启全局事务。
2、远程调用bank2向李四转账。
（1）dao
@mapper
@component
public interface accountinfodao {
//更新账户金额
@update("update account_info set account_balance = account_balance + #{amount} where account_no = #{accountno}")
int updateaccountbalance(@param("accountno") string accountno, @param("amount") double amount);
}
(2) feignclient
远程调用bank2的客户端
@feignclient(value = "seata‐demo‐bank2",fallback = bank2clientfallback.class) public interface bank2client {
@getmapping("/bank2/transfer")
string transfer(@requestparam("amount") double amount);
}
@component
public class bank2clientfallback implements bank2client{
@override
public string transfer(double amount) {
return "fallback"; }
}
（3）service
@service
public class accountinfoserviceimpl implements accountinfoservice {
private logger logger = loggerfactory.getlogger(accountinfoserviceimpl.class);
@autowired
accountinfodao accountinfodao;
@autowired
bank2client bank2client;
//张三转账
@override
@globaltransactional
@transactional
public void updateaccountbalance(string accountno, double amount) {
logger.info("******** bank1 service begin ... xid: {}" , rootcontext.getxid()); //张三扣减金额
accountinfodao.updateaccountbalance(accountno,amount*‐1);
//向李四转账
string remoterst = bank2client.transfer(amount); //远程调用失败
if(remoterst.equals("fallback")){
throw new runtimeexception("bank1 下游服务异常"); }
//人为制造错误 if(amount==3){
throw new runtimeexception("bank1 make exception 3"); }
}
}
将@globaltransactional注解标注在全局事务发起的service实现方法上，开启全局事务 ：
globaltransactionalinterceptor会拦截@globaltransactional注解的方法，生成全局事务id（xid），xid会在整个分布式事务中传递。
在远程调用时，spring-cloud-alibaba-seata会拦截feign调用将xid传递到下游服务。
（6）controller
@restcontroller
public class bank1controller {
@autowired
accountinfoservice accountinfoservice;
//转账
@getmapping("/transfer")
public string transfer(double amount){
accountinfoservice.updateaccountbalance("1",amount);
return "bank1"+amount; }
}
dtx-seata-demo-bank2实现如下功能：
1、李四账户增加金额。
dtx-seata-demo-bank2在本账户事务中作为分支事务不使用@globaltransactional。
（1）dao
@mapper
@component
public interface accountinfodao {
//向李四转账
@update("update account_info set account_balance = account_balance + #{amount} where account_no = #{accountno}")
int updateaccountbalance(@param("accountno") string accountno, @param("amount") double amount);
}
（2）service
@service
public class accountinfoserviceimpl implements accountinfoservice {
private logger logger = loggerfactory.getlogger(accountinfoserviceimpl.class);
@autowired
accountinfodao accountinfodao;
@override
@transactional
public void updateaccountbalance(string accountno, double amount) { logger.info("******** bank2 service begin ... xid: {}" , rootcontext.getxid()); //李四增加金额
accountinfodao.updateaccountbalance(accountno,amount);
//制造异常
if(amount==2){
throw new runtimeexception("bank1 make exception 2"); }
}
}
（3）controller
@restcontroller
public class bank2controller {
@autowired
accountinfoservice accountinfoservice;
@getmapping("/transfer")
public string transfer(double amount){
accountinfoservice.updateaccountbalance("2",amount);
return "bank2"+amount;
}
}
- 张三向李四转账成功。
- 李四事务失败，张三事务回滚成功。
- 张三事务失败，李四事务回滚成功。
- 分支事务超时测试。
传统2pc（基于数据库xa协议）和seata实现2pc的两种2pc方案，由于seata的零入侵并且解决了传统2pc长期锁资源的问题，所以推荐采用seata实现2pc。
seata实现2pc要点 ：
1、全局事务开始使用globaltransactional标识。
2、每个本地事务方案仍然使用@transactional标识。
3、每个数据都需要创建undo_log表，此表是seata保证本地事务一致性的关键。