分布式事务处理

小鱼儿 2022-05-15 23:29 173阅读 0赞

## 事务 ##

> 事务：多个命令打包进FIFO队列，然后一次性，顺序执行队列中的命令。

### 数据库事务 （本地） ###

#### ACID ####

1.  原子性 ：一个事务的操作队列 `ABC`，要么ABC `全部完成`，要么`全部不完成`，ABC一个也不做
2.  一致性 ： 事务中如果出现一个步骤错误，就自动回滚，返回原始`系统状态`。 既，事务前后数据库的状态都是有效的，不会出现`错误数据`
3.  隔离性 ： 多个事务的操作有各自的数据空间，`并行执行`的事务结果和`串行的结果一致`。
4.  持久性 ： 当一个事务执行完毕，执行这个事务所得的结果已经被保存到`持久性介质中`，执行事务的结果不会丢失。

#### 对比 `Redis` 中的事务 ACID ####

1.  原子性： Redis 事务是具有原子性的，如果事务操作队列为 `ABCD`。`ABCD` 都是正确的，那么会正确的执行，但是如果 `AB`是错误的，`CD`是可以执行的，那么事务 `不会回滚` ，而且CD会 `继续执行` 。
    
    > 作者解释：事务回滚这种复杂的功能和 redis 设计的高效设计主旨不符，并且认为事务中的错误基本是编程错误产生，所以只会出现在开发环境，所以没有开发回滚功能
2.  一致性： 数据符合数据库本身的定义和要求 ，没有包含非法或者无效的错误数据
    
    > 3种 Redis 事务可能出错的情况：
    > 
    > 1.  入队错误的命令。命令不存在，或者命令格式不正确，比如参数个数。  
    >     redis 事务中有入队错误的命令时，不执行事务，所以保持一致性，在2.6.5之前 ，执行其他命令，但不执行入队错误的命令，也是一致的，=
    > 2.  执行错误：和原子性中的事务不回滚一样，对数据库键执行了错误类型的操作，会执行之外的数据，也是一致的。
    > 3.  服务器停机：如果没有持久化，数据库GG ，数据一致性  
    >     如果持久化，无论是RDB还是AOF 都会根据持久化文件来恢复，不会影响数据库的一致性
3.  隔离性 ： Redis `单线程执行事务`，队列中中的命令，自然满足隔离性。
4.  持久性： Redis的持久性，和是否做了持久化 开启RDB或AOF相关。以及是否执行了BGSAVE 和 AOF的持久化策略相关，实际就是是否存储到了永久介质。

### 资源管理器管理本地事务 ###

应用、应用服务器、应用框架，在本地准备会话，开始事务操作，提交回滚，完成会话，将这一系列操作发送给 `资源管理器` ，资源管理器通过`日志`和`锁`实现事务的操作。

#### ACID实现原理 ####

通过 InnoDB日志和锁来保证  
1. 隔离性——数据库锁的机制实现，不会产生并发冲突，中间状态隐藏 ，达到串行执行的结果。  
2. 持久性—— `RedoLog`（重做日志）来实现  
RedoLog ： 提交之前，将RedoLog 持久化，如果系统崩溃，可以根据RedoLog 将数据恢复早最新的状态  
3. 原子性+一致性—— `Undo log`  
Undo log ： 将被操作的数据提前备份到一个地方（UndoLog） 失败了/RollBack —> 恢复事务开始之前的状态

## 分布式事务 ##

> 分布式事务：事务的参与者、支持事务的服务器、资源服务器、事务管理器 ，位于不同的，`分布式系统的不同节点之上`。 一次大的操作由不同的小的操作组成。小的操作位于不同的`服务器上`， 属于不同的`应用`，事务需要保证这些小操作事务性。保证不同数据库的 `事务一致性`。

### 分布式事务的场景： ###

比如支付，在线下单，库存和订单状态的数据同步变化（强一致性）  
service 产生多个节点：  
微服务  
resource 产生多个节点：  
多节点

### 分布式事务基础理论 ： ###

#### CAP 理论 ####

1.  C一致性 ：对于任意一个客户端的读操作，都能返回其他节点上`最新`写操作之后产生的数据，那么就是`强一致`，如果读取`不到最新`的数据，就是分布式不强一致（弱一致）。
2.  A可用性 ： 非故障的节点在`合理的时间`内返回`合理的响应`。
3.  P分区容错性 ：集群中的一台挂了 ，集群不会发生雪崩现象。（选举）

实际情况由于网络延迟和节点宕机的问题，不可能百分百的实现CAP：  
1. `CP` ：放弃 `HA` 追求一致性和分区容错性 `solorcloud zookeeper` ，强一致  
2. `AP` ：放弃强一致性 ，追求分区容错性和可用性。比如下面的Base理论方案。

#### Base 理论 ####

BA：基本可用：分布式系统出现故障的时候，核心功能可用  
S：软状态：CAP的C弱一致，系统的中间状态，允许存在中间状态，这里不同于数据允许存在中间状态，可以通过锁的机制实现同步等待  
E：最终一致：经过一段时间之后，数据会达到一致。

## 分布式事务解决方案： ##

考虑的点： 微服务会带来分布式事务的问题，小团队弄个p的微服务，做个毛的团队设计，分布式事务处理，我们现在这样，负载+docker + 单节点本地的事务 就ok了，通过RPC将各个微服务聚合成一个单机服务。不过度追求设计和增加复杂度。

而分布式事务解决的主要问题就是： 强一致和最终一致的问题 ，下面是3种方案：

### 2PC ###

XA：分布式事务协议。 XA Transactions 分为两部分，事务管理器和本地资源管理器 ，主要理解为两个阶段，`预备` 和 `提交执行/回滚` ，通过`事务管理器`管理这两个阶段。

MySQL对XA事务的支持  
需求：5.0.3 + InnoDB存储引擎  
![这里写图片描述][70]

XA Mysql 基本过程：
    XA {
       START|BEGIN} xid [JOIN|RESUME] //开启XA事务，如果使用的是XA START而不是XA BEGIN，那么不支持[JOIN|RESUME]，xid是一个唯一值，表示事务分支标识符 XA END xid [SUSPEND [FOR MIGRATE]] //结束一个XA事务，不支持[SUSPEND [FOR MIGRATE]] XA PREPARE xid 准备提交 XA COMMIT xid [ONE PHASE] //提交，如果使用了ONE PHASE，则表示使用一阶段提交。两阶段提交协议中，如果只有一个RM参与，那么可以优化为一阶段提交 XA ROLLBACK xid //回滚 XA RECOVER [CONVERT XID] //列出所有处于PREPARE阶段的XA事务

例子：开启 xatest 的分支事务 ； END ；

启动一个XA事务 ，至于ACTIVE状态   XID 作为事务的标识符
    mysql> XA START 'xatest’; //其中'xatest’就是xid的值
    Query OK, 0 rows affected (0.00 sec)
    
    
    mysql> insert into user(name) values("tianshozuhi");
    Query OK, 1 row affected (0.00 sec)
    
    至于END状态
    mysql> XA END 'xatest';
    Query OK, 0 rows affected (0.00 sec)
    
    至于Prepared状态
    mysql> XA PREPARE 'xatest';
    Query OK, 0 rows affected (0.01 sec)
    
    提交和中止事务；
    mysql> XA COMMIT 'xatest';

第一阶段： 事务管理器要求 `每个涉及到事务的数据库` 预提交 precommit 操作给事务管理器，并反映是否可以提交。

第二阶段： 事务协调器要求 `每个数据库` 提交数据进行事务处理，或者回滚数据

优点：  
`XA` 协议尽量保证了数据的 `强一致性` ，实现成本较低。`MYSQL5.5`开始支持  
缺点：  
1。单点问题：事务管理器在整个流程中扮演的角色很关键，比如 prepare 完成了，但是 `commit 没有完成` ，事务管理器宕机，其中的请求资源就会产生`阻塞`，导致数据库崩溃无法使用。  
2 。同步阻塞：prepare 之后，资源管理器中的资源会阻塞， `直到提交` ，释放资源，不能支持 `高并发` 。  
3 。 `数据不一致`： 其实XA的核心就是两阶段提交，仍然存在不强一致的可能性，因为在第二个阶段，commit的时候 某些参与的数据库可能因为网络原因没有commit 此操作。

### TCC补偿模式：Try-Confirm-Cancel ###

相比2PC XA，加入了confirm 确认的步骤。适用于强一致的业务。

1.  解决了协调者单点，由主业务方发起并完成这个业务活动。业务活动管理器也变成多点，引入集群。解决了 `XA的事务管理器单点` 问题。
2.  同步阻塞:引入超时，超时后进行补偿，并且不会锁定整个资源，将资源转换为业务逻辑形式，粒度变小。
3.  数据一致性，有了补偿机制之后，由业务活动管理器控制一致性

TCC3个阶段：  
Try-尝试执行：完成所有业务检查（一致性），预留必须业务资源（隔离性）。检查参与业务的所有资源，锁住。

Confirm：确认真正执行业务，不做业务检查，检查Try阶段的业务资源，如果失败则 Cancel ，要求具有幂等性设计，可以失败重试。依靠活动日志。

Cancel：和confirm基本一致。

### Rocket MQ分布式事务 消息事务+最终一致性 ###

1.  准备消息，会拿到消息的地址
2.  执行本地事务
3.  通过第一阶段拿到的地址去访问消息，修改状态，消息接受者就能使用这个消息

消息事务——基于消息中间件的两阶段提交，本地事务和发消息放在了一个事务里，事务保证了本地操作成功并且发消息成功，要不都失败

1 A系统向消息中间件发送一条预备消息  
2 消息中间件保存预备消息并返回成功  
3 A执行本地事务  
4 A发送提交消息给消息中间件

1 2 出错 ，事务都会失败，不会执行3 。 3 失败，需要回滚，A需要实现一个消息中间件的回调接口，如果消息中间件 回调发现A事务执行失败，那么回滚预备消息  
4 出错，A本地事务成功，

[70]: /images/20220516/4ecf14aa03fc49969443c88b9a4c96cd.png