什么是分布式事务

 

分布式事务就是为了保证不同数据库的数据一致性。 TCC

CAP 定理，又被叫作布鲁尔定理。对于设计分布式系统(不仅仅是分布式事务)的架构师来说，CAP 就是你的入门理论。

 C (一致性) A (可用性) P (分区容错性)  

对于 CP 来说，放弃可用性，追求一致性和分区容错性，我们的 ZooKeeper 其实就是追求的强一致。

BASE 是 Basically Available(基本可用)、Soft state(软状态)和 Eventually consistent (最终一致性)三个短语的缩写，是对 CAP 中 AP 的一个扩展。

 

有这样一个需求：

小明有两个账户，分别位于A、B两个数据库中，小明需要将A中的资金转到B中。

我们如何实现？

按照下面的方式实现看看有没有问题。

1. 连接数据库A，获取connA连接
2. connA打开事务
3. A库资金减少100
4. 连接库B，获取connB连接
5. connB打开事务
6. B库资金增加100
7. connA.commit()
8. connB.commit()

上面操作，正常情况是没有问题。

第7步执行成功之后，网络出问题了，第8步会提交失败，此时的结果是：A库资金减少了100，B库资金却没有增加；这是一个网络问题导致了我们业务失败了，网络因素是程序不可控的一些因素，还有其他的比如运行到7之后，系统突然断电了，也会出现同样的结果。造成了数据错误，对业务影响也是比较大的。

 分布式事务可以这么理解：一个业务操作中，会包含很多子业务的，每个子业务都是独立的事务，我们需要考虑的是如何保证这些子业务都成功，或者都失败。

 

什么是最终一致性？

就拿上面的转账来说，A库的资金减少了，由于网络问题，操作B库的connB连接断开了，导致B库资金没有增加；网络问题是可以恢复了，如果网络恢复了，系统能够给B中资金加上，这样最终数据也是正确的；这中间有段时间AB库的资金是不一致的（A库减少了100，B库应该增加100却没有增加，数据是不一致的），但是最终某个时间点数据变为一致了。能够将不一致的时间降到最低是系统需要考虑的问题。

分布式事务中，我们可以接受数据在某个时间段之内不一致，但是数据最终在某个时间点是一致的。

 

常见解决方案

1. 可靠消息模式
2. TCC模式实现（Try-Confirm-Cancel）

分布式事务系列中主要讲这2种方案，这两种方案基本上可以解决大多数常见的分布式事务的问题，所以咱们必须把这两种方式拿下。

下面我们介绍一下使用可靠消息如何实现？

可靠消息模式实现转账操作

1. 常见的使用最多的解决方案：异步消息处理分布式事物、tcc模式

对于 TCC 的解释：

Try 阶段：尝试执行，完成所有业务检查（一致性），预留必需业务资源（准隔离性）。

Confirm 阶段：确认真正执行业务，不作任何业务检查，只使用 Try 阶段预留的业务资源，Confirm 操作满足幂等性。要求具备幂等设计，Confirm 失败后需要进行重试。

Cancel 阶段：取消执行，释放 Try 阶段预留的业务资源，Cancel 操作满足幂等性。Cancel 阶段的异常和 Confirm 阶段异常处理方案基本上一致。

 

举个简单的例子：如果你用 100 元买了一瓶水， Try 阶段：你需要向你的钱包检查是否够 100 元并锁住这 100 元，水也是一样的。

如果有一个失败，则进行 Cancel(释放这 100 元和这一瓶水)，如果 Cancel 失败不论什么失败都进行重试 Cancel，所以需要保持幂等。

如果都成功，则进行 Confirm，确认这 100 元被扣，和这一瓶水被卖，如果 Confirm 失败无论什么失败则重试(会依靠活动日志进行重试)。

对于 TCC 来说适合一些：

强隔离性，严格一致性要求的活动业务。

执行时间较短的业务。

 

 

探讨一下实现幂等性的几种方式

对于同一笔业务操作，不管调用多少次，得到的结果都是一样的。

悲观锁方式

select * from t_order where order_id = trade_no for update;

重点在于for update，对for update，做一下说明：
1.当线程A执行for update，数据会对当前记录加锁，其他线程执行到此行代码的时候，会等待线程A释放锁之后，才可以获取锁，继续后续操作。
2.事物提交时，for update获取的锁会自动释放。

 

CAS是英文单词Compare And Swap的缩写，翻译过来就是比较并替换。

CAS机制当中使用了3个基本操作数：内存地址V，旧的预期值A，要修改的新值B。

更新一个变量的时候，只有当变量的预期值A和内存地址V当中的实际值相同时，才会将内存地址V对应的值修改为B。

 

CAS的缺点：

1.CPU开销较大
在并发量比较高的情况下，如果许多线程反复尝试更新某一个变量，却又一直更新不成功，循环往复，会给CPU带来很大的压力。

2.不能保证代码块的原子性
CAS机制所保证的只是一个变量的原子性操作，而不能保证整个代码块的原子性。比如需要保证3个变量共同进行原子性的更新，就不得不使用Synchronized了。

3.ABA问题
这是CAS机制最大的问题所在。
什么是ABA问题？怎么解决？我们下一期来详细介绍。

 

 

什么是幂等性？

对于同一笔业务操作，不管调用多少次，得到的结果都是一样的。

 

 普通方式：

过程如下：

1.接收到支付宝支付成功请求
2.根据trade_no查询当前订单是否处理过
3.如果订单已处理直接返回，若未处理，继续向下执行
4.开启本地事务
5.本地系统给用户加钱
6.将订单状态置为成功
7.提交本地事务

 jvm加锁方式

方式1中由于并发出现了问题，此时我们使用java中的Lock加锁，来防止并发操作，过程如下：

分析问题：
Lock只能在一个jvm中起效，如果多个请求都被同一套系统处理，上面这种使用Lock的方式是没有问题的，不过互联网系统中，多数是采用集群方式部署系统，同一套代码后面会部署多套，如果支付宝同时发来多个通知经过负载均衡转发到不同的机器，上面的锁就不起效了。此时对于多个请求相当于无锁处理了，又会出现方式1中的结果。此时我们需要分布式锁来做处理。

方式4（乐观锁方式）

依靠数据库中的乐观锁来实现。

1.接收到支付宝支付成功请求
2.查询订单信息

select * from t_order where order_id = trade_no;

3.判断订单是已处理
4.如果订单已处理直接返回，若未处理，继续向下执行
5.打开本地事物
6.给本地系统给用户加钱
7.将订单状态置为成功，注意这块是重点，伪代码：

update t_order set status = 1 where order_id = trade_no where status = 0;
//上面的update操作会返回影响的行数num
if(num==1){
 //表示更新成功
 提交事务;
}else{
 //表示更新失败
 回滚事务;
}

注意：
update t_order set status = 1 where order_id = trade_no where status = 0; 是依靠乐观锁来实现的，status=0作为条件去更新，类似于java中的cas操作；关于什么是cas操作，可以移步：什么是 CAS 机制？
执行这条sql的时候，如果有多个线程同时到达这条代码，数据内部会保证update同一条记录会排队执行，最终最有一条update会执行成功，其他未成功的，他们的num为0，然后根据num来进行提交或者回滚操作。

 

悲观锁方式

使用数据库中悲观锁实现。悲观锁类似于方式二中的Lock，只不过是依靠数据库来实现的。数据中悲观锁使用for update来实现，过程如下：

1.接收到支付宝支付成功请求
2.打开本地事物
3.查询订单信息并加悲观锁

select * from t_order where order_id = trade_no for update;

4.判断订单是已处理
5.如果订单已处理直接返回，若未处理，继续向下执行
6.给本地系统给用户加钱
7.将订单状态置为成功
8.提交本地事物

重点在于for update，对for update，做一下说明：
1.当线程A执行for update，数据会对当前记录加锁，其他线程执行到此行代码的时候，会等待线程A释放锁之后，才可以获取锁，继续后续操作。
2.事物提交时，for update获取的锁会自动释放。

方式3可以正常实现我们需要的效果，能保证接口的幂等性，不过存在一些缺点：
1.如果业务处理比较耗时，并发情况下，后面线程会长期处于等待状态，占用了很多线程，让这些线程处于无效等待状态，我们的web服务中的线程数量一般都是有限的，如果大量线程由于获取for update锁处于等待状态，不利于系统并发操作。

 

唯一约束方式

依赖数据库中唯一约束来实现。

我们可以创建一个表：

CREATE TABLE `t_uq_dipose` (
  `id` bigint(20) NOT NULL AUTO_INCREMENT,
  `ref_type` varchar(32) NOT NULL DEFAULT '' COMMENT '关联对象类型',
  `ref_id` varchar(64) NOT NULL DEFAULT '' COMMENT '关联对象id',
  PRIMARY KEY (`id`),
  UNIQUE KEY `uq_1` (`ref_type`,`ref_id`) COMMENT '保证业务唯一性'
) ENGINE=InnoDB;

对于任何一个业务，有一个业务类型(ref_type)，业务有一个全局唯一的订单号，业务来的时候，先查询t_uq_dipose表中是否存在相关记录，若不存在，继续放行。

过程如下：

1.接收到支付宝支付成功请求
2.查询t_uq_dipose(条件ref_id,ref_type)，可以判断订单是否已处理

select * from t_uq_dipose where ref_type = '充值订单' and ref_id = trade_no;

3.判断订单是已处理
4.如果订单已处理直接返回，若未处理，继续向下执行
5.打开本地事物
6.给本地系统给用户加钱
7.将订单状态置为成功
8.向t_uq_dipose插入数据，插入成功，提交本地事务，插入失败，回滚本地事务，伪代码：

try{
    insert into t_uq_dipose (ref_type,ref_id) values ('充值订单',trade_no);
    提交本地事务：
}catch(Exception e){
    回滚本地事务;
}

说明：
对于同一个业务，ref_type是一样的，当并发时，插入数据只会有一条成功，其他的会违法唯一约束，进入catch逻辑，当前事务会被回滚，最终最有一个操作会成功，从而保证了幂等性操作。
关于这种方式可以写成通用的方式，不过业务量大的情况下，t_uq_dipose插入数据会成为系统的瓶颈，需要考虑分表操作，解决性能问题。
上面的过程中向t_uq_dipose插入记录，最好放在最后执行，原因：插入操作会锁表，放在最后能让锁表的时间降到最低，提升系统的并发性。

关于消息服务中，消费者如何保证消息处理的幂等性？
每条消息都有一个唯一的消息id，类似于上面业务中的trade_no，使用上面的方式即可实现消息消费的幂等性。

1.实现幂等性常见的方式有：悲观锁（for update）、乐观锁、唯一约束
2.几种方式，按照最优排序：乐观锁 > 唯一约束 > 悲观锁

 

脏读

一个事务在执行的过程中读取到了其他事务还没有提交的数据。

读已提交

 即一个事务操作过程中可以读取到其他事务已经提交的数据。

可重复读

一个事务操作中对于一个读取操作不管多少次，读取到的结果都是一样的。

幻读

脏读、不可重复读、可重复读、幻读，其中最难理解的是幻读

 幻读在可重复读的模式下才会出现，其他隔离级别中不会出现

事务A重新执行一个查询，返回一系列符合查询条件的行，发现其中插入了被事务B提交的行

 

 

 

 

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