聊聊分布式事务

在当下随着系统规模变得越来越大,分布式的处理方式越来越受到业界的亲睐,大多数系统正在从集中式向分布式架构的变革,在分布式系统中,系统部署在不同的节点、数据分散在不同的数据库中,如果对这些数据进行分布式的事务处理具体非常大的挑战,分布事环境中,我们可以碰到 通信异常网络分区节点故障等故障,虽然存在着各种问题,但是在分布式领域,为了保证分布应用的可靠性,而分式式事务是无法回避的。

分布式事务

在一个分布式应用中,一个业务操作由多个分式的操作序列(子事务)组成,如何使多个子事务能够保证ACID的特性就是分布式事务。

分布式中的经典理论

CAP

  • (A)可用性:在分布式系统,如果想得到可用性,我们就是不允许数据有单点问题、应用存在单点故障,所以在分布式系统中数据副本、应用集群是保证可用性的关键,它给分布式系统带来 的巨大好处是不言而喻的

  • (C)一致性:在存在多个数据副本情况下,多个副本之间数据如何保证一致

  • (P)分区容错性:分布式系统所在的网络如果我们认为是一个大网络,网络分区就是这个大网络被划分成了多个子网络,而在多个子网络之前因为网络故障是无法互相通信的,这就是网络分区

在出现网络分区时候,如果不是整个网络出现故障,分布式系统仍然需要保证对外提供满足一致性和可用性的服务,这就需要系统在可用性和一致性之间做出一个权衡

要保证一致性,就需要将不一致的应用踢掉,停止提供服务,等数据同步之后再继续对外提供应用,这就会导致可用性的下降

要保证可用性,就要接受出现数据不一致的情况

在分布式系统中,系统中的组件必然会被部署在不同的机房、网络,否则就无所谓分布式了,所以分区是一个无法避免的问题,根据CAP理论,我们应该在C和A之间寻求平衡

BASE

基本可用(Basically Available): 是在出现故障时,允许以一种有损的架构方式,继续对外提供服务,保证核心业务可用,有损可以体现在很多方面,比如损失响应时间、功能上的缺失、降级托底数据等

软状态(Soft State):软状态对应的就是硬状态,是指允许系统中的数据存在不影响系统整体可用性的中间状态,业务上的软状态以付款为例,付款状态分为已付款、未付款,软状态是允许存在一种付款中的状态

最终一致(Eventually consistent):强调系统中所有的数据,在经过时间周期T的同步后, 最终一定可以达到一致的状态,不要求实时保证强一致性。

如何保证分布式下的一致性

2PC(两阶段提交)

2PC是Two-Phase-Commit的缩写,即两阶段提交。2PC被认为是一种一致协议,该协议将事务分为两个阶段,角色分为,协调者和参与者,二阶段提交将一个事务的处理过程分为了投票和执行两个阶段,其核心是对每个事务都采用先尝试后提交的处理方式,因此也可以将二阶段提交看作一个强一致性的算法,

阶段1:提交事务请求

  1. 事务询问:协议者向所有参与发送事务内容,询问是否可以执行事务提交操作,并开始等待各参与者的响应
  2. 执行事务:各参与者节点执行事务操作,并将undo和redo信息记录事务日志中,在这步已经锁定事务资源
  3. 各参与者向协调者反馈事务询问的响应:如果参与者执行事务成功,就返回YES给协调者,标识事务可以执行,如果参者执行事务失败,则反馈NO给协调者,标识事务执行失败

阶段2:执行事务提交
在该阶段协调者会根据各参与者的反馈情况,来决定如何处理该分布式事务
情况一:收到的反馈都是YES执行事务提交

  1. 发送提交请求
    协调者向所有参与者节点发出 Commit 请求。
    2 .事务提交。参与者接收到 Commit 请求后,会正式执行事务提交操作,井在完成提交之后释放在整个事务执行期间占用的事务资源。
    3 .反馈事务提交结果。参与者在完成事务提交之后,向协调者发送 Ack 消息。
    4 .完成事务。协调者接收到所有参与者反馈的 Ack 消息后,完成事务。
    情况二:收到的反馈中包含NO或者在等待超时之后,中断事务
    发送回滚请求。协调者向所有参与者节点发出Rollback 请求。
    2 .事务回滚。参与者接收到 Rollback 请求后,会利用其在阶段一中记录的 Undo 信息来执行事务回滚操作,并在完成回滚之后释放在整个事务执行期间占用的资源。
    3 .反馈事务回滚结果。参与者在完成事务回滚之后,向协调者发送 Ack 消息。
    4 .中断事务。协调者接收到所有参与者反馈的 Ack 消息后,完成事务中断。

2pc缺点

同步阻塞
在阶段1的第二步,已经将事务资源锁定,一致到阶段2参与者在等待其它参与 者响应的过程中,得了处于一个阻塞状态,无法进行其它任何操作。极大限制了系统的性能
协调者单点问题
协调者在整个分布式事务中处于一个关键位置 ,如果协调者在第二阶段出现问题会导致事务无法完成,被锁定的事务资源将永远无法释放,
数据不一致
协调者在向所有参与者发出Commit请求后或在发送请求前崩溃,导致只有部分参与者收到Commit请求然后进行事务提交,未收到请求的则在自身等待超时之后中断事务,就会导致整个分布式系统中出现数据不一致的情况
太过保守,容错机制缺陷
在参与者与协调者失联的情况下, 协调者依靠自身的超时机制来决定是否中断事务,这种策略比较保守,没有一个比较完善的容错机制,任意一个节点的失败都会导致整个事务的失败。

3PC(三阶段提交)

3PC,是Three-Phase Commit缩写,即三阶段提交,是2PC的改进版,将整个事务处理分为CanCommit、PreCommit、doCommit3个阶段

3PC将2PC的第一阶段一分为CanCommit、PreCommit两个阶段,来减少同不阻塞影响的范围
引入客户端超时机构,在参与者与协调者失联情况下,在等待超时之后仍会提交事务,这种容错机制,有一种赌概率的成分
这种赌概率的做法,同样会带来数据不一致的情况

TCC

TRYING 阶段主要是对业务系统做检测及资源预留
CONFIRMING 阶段主要是对业务系统做确认提交,TRYING阶段执行成功并开始执行CONFIRMING阶段时,默认CONFIRMING阶段是不会出错的。只要TRYING成功,CONFIRMING一定成功。
CANCELING 阶段主要是在业务执行错误,需要回滚的状态下执行的业务取消,预留资源释放。

TCC的优点和限制

TCC事务的优点如下:

解决了跨应用业务操作的原子性问题,在诸如组合支付、账务拆分场景非常实用。
TCC实际上把数据库层的二阶段提交上提到了应用层来实现,对于数据库来说是一阶段提交,规避了数据库层的2PC性能低下问题。

TCC事务的缺点

TCC的Try、Confirm和Cancel操作功能需业务提供,开发成本高。由于网络原因,可能会重复提交和取消,需要commit和cacel接口支持幂等。
当然,对TCC事务的这个缺点是否是缺点,是一个见仁见智的事情。
到底要不要使用TCC到底要不要使用TCC事务,取决于以下几点:
是否真正有保证跨应用业务操作的原子性需求。
研发上能否投入资源开发相对应的TCC接口。
当然还有最后一点,能否搞定一个稳定的、高可用的、扩展性强的TCC事务管理器。

Paxos

待补充

ZAB

待补充

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