Seata入门系列【6】分布式事务之TCC模式简介

「爱情、让人受尽委屈。」 2024-02-22 03:49 85阅读 0赞

## 1 历史背景 ##

关于TCC的概念，最早是由Pat Helland于2007年发表的一篇名为《Life beyond Distributed Transactions:an Apostate’s Opinion》的论文提出。在该论文中，TCC还是以Tentative-Confirmation-Cancellation命名。正式以Try-Confirm-Cancel作为名称的是Atomikos公司，其注册了TCC商标。

国内最早关于TCC的报道，应该是InfoQ上对阿里程立博士的一篇采访。经过程博士的这一次传道之后，TCC在国内逐渐被大家广为了解并接受。

## 2 基本概念 ##

TCC是Try-Confirm-Cancel的简称。TCC要求每个分支事务实现三个操作：预处理Try、确认 Confirm、撤销Cancel。Try操作做业务检查及资源预留，Confirm做业务确认操作，Cancel实现一个与Try相反的 操作即回滚操作。

TM首先发起所有的分支事务的try操作，任何一个分支事务的try操作执行失败，TM将会发起所有分支事务的Cancel操作，若try操作全部成功，TM将会发起所有分支事务的Confirm操作，其中Confirm/Cancel 操作若执行失败，TM会进行重试。  
![在这里插入图片描述][9ff5a6c0df884f1c9f5724a074bb7126.png]  
![在这里插入图片描述][5181ffc8018c4ec8bfa3b1594a67a011.png]

**Try阶段**：

*  做业务检查(一致性)及资源预留(隔离)，此阶段仅是一个初步操作，它和后续的Confirm 一起才能真正构成一个完整的业务逻辑。

**Confirm阶段**：

*  做确认提交，Try阶段所有分支事务执行成功后开始执行 Confirm。通常情况下，采用TCC则 认为  
    Confirm阶段是不会出错的。即：只要Try成功，Confirm一定成功。若Confirm阶段真的出错了，需引入重试机制或人工处理。

**Cancel阶段**：

*  在业务执行错误需要回滚的状态下执行分支事务的业务取消，预留资源释放。通常情况下，采  
    用TCC则认为Cancel阶段也是一定成功的。若Cancel阶段真的出错了，需引入重试机制或人工处理。

TCC与XA两阶段提交有着异曲同工之妙，下图列出了二者之间的对比：  
![在这里插入图片描述][2796da309b734e05b5e32f848b13b4eb.png]  
**在阶段1**：

在XA中，各个RM准备提交各自的事务分支，事实上就是准备提交资源的更新操作(insert、delete、update等)；而在TCC中，是主业务活动请求(try)各个从业务服务预留资源。

**在阶段2**：

XA根据第一阶段每个RM是否都prepare成功，判断是要提交还是回滚。如果都prepare成功，那么就commit每个事务分支，反之则rollback每个事务分支。

TCC中，如果在第一阶段所有业务资源都预留成功，那么confirm各个从业务服务，否则取消(cancel)所有从业务服务的资源预留请求。

TCC两阶段提交与XA两阶段提交的区别是：

**1.XA是资源层面的分布式事务，强一致性，在两阶段提交的整个过程中，一直会持有资源的锁。**

*  XA事务中的两阶段提交内部过程是对开发者屏蔽的，因此开发者从代码层面是感知不到这个过程的。而事务管理器在两阶段提交过程中，从prepare到commit/rollback过程中，资源实际上一直都是被加锁的。如果有其他人需要更新这两条记录，那么就必须等待锁释放。

**2.TCC是业务层面的分布式事务，最终一致性，不会一直持有资源的锁。**

TCC中的两阶段提交并没有对开发者完全屏蔽，也就是说从代码层面，开发者是可以感受到两阶段提交的存在。try、confirm/cancel在执行过程中，一般都会开启各自的本地事务，来保证方法内部业务逻辑的ACID特性。其中：

1、try过程的本地事务，是保证资源预留的业务逻辑的正确性。
    
    2、confirm/cancel执行的本地事务逻辑确认/取消预留资源，以保证最终一致性，也就是所谓的补偿型事务(Compensation-Based Transactions)。

由于是多个独立的本地事务，因此不会对资源一直加锁。

另外，这里提到confirm/cancel执行的本地事务是补偿性事务，关于什么事补偿性事务，atomikos 官网上有以下描述：  
![在这里插入图片描述][15fea2cece23438c9813bed7ea1eb147.jpeg]  
红色框中的内容，是对补偿性事务的解释。大致含义是，"补偿是一个独立的支持ACID特性的本地事务，用于在逻辑上取消服务提供者上一个ACID事务造成的影响，对于一个长事务(long-running transaction)，与其实现一个巨大的分布式ACID事务，不如使用基于补偿性的方案，把每一次服务调用当做一个较短的本地ACID事务来处理，执行完就立即提交”。

在这里，笔者理解为confirm和cancel就是补偿事务，用于取消try阶段本地事务造成的影响。因为第一阶段try只是预留资源，之后必须要明确的告诉服务提供者，这个资源你到底要不要，对应第二阶段的confirm/cancel。

**提示**：读者现在应该明白为什么把TCC叫做两阶段补偿性事务了，提交过程分为2个阶段，第二阶段的confirm/cancel执行的事务属于补偿事务。

## 3 场景案例 ##

Atomikos官网上<>一文中，以航班预定的案例，来介绍TCC要解决的事务场景。在这里笔者虚构一个完全相同的场景，把自己当做航班预定的主人公，来介绍这个案例。事实上，你可以把本案例当做官方文档案例的一个翻译，只不过把地点从Brussels–>Toronto–>Washington，改成从合肥–>昆明–>大理。

有一次，笔者买彩票中奖了(纯属虚构)，准备从合肥出发，到云南大理去游玩，然后使用美团App(机票代理商)来订机票。发现没有从合肥直达大理的航班，需要到昆明进行中转。如下图：  
![在这里插入图片描述][37a81fcf68a44ce8a4ece64c969cdede.jpeg]  
从图中我们可以看出来，从合肥到昆明乘坐的是四川航空，从昆明到大理乘坐的是东方航空。

由于使用的是美团App预定，当我选择了这种航班预定方案后，美团App要去四川航空和东方航空各帮我购买一张票。如下图：

![在这里插入图片描述][3b7f37c2b7b643e6a7efc952a224455e.png]  
考虑最简单的情况：美团先去川航帮我买票，如果买不到，那么东航也没必要买了。如果川航购买成功，再去东航购买另一张票。

现在问题来了：假设美团先从川航成功买到了票，然后去东航买票的时候，因为天气问题，东航航班被取消了。那么此时，美团必须取消川航的票，因为只有一张票是没用的，不取消就是浪费我的钱。那么如果取消会怎样呢？如果读者有取消机票经历的话，非正常退票，肯定要扣手续费的。在这里，川航本来已经购买成功，现在因为东航的原因要退川航的票，川航应该是要扣代理商的钱的。

那么美团就要保证，如果任一航班购买失败，都不能扣钱，怎么做呢？

两个航空公司都为美团提供以下3个接口：机票预留接口、确认接口、取消接口。美团App分2个阶段进行调用，如下所示：  
![在这里插入图片描述][90ad966bf0b243a1aa5a6ceb7ca06de3.jpeg]  
**在第1阶段**：

美团分别请求两个航空公司预留机票，两个航空公司分别告诉美图预留成功还是失败。航空公司需要保证，机票预留成功的话，之后一定能购买到。

**在第2阶段**：

如果两个航空公司都预留成功，则分别向两个公司发送确认购买请求。

如果两个航空公司任意一个预留失败，则对于预留成功的航空公司也要取消预留。这种情况下，对于之前预留成功机票的航班取消，也不会扣用户的钱，因为购买并没实际发生，之前只是请求预留机票而已。

通过这种方案，可以保证两个航空公司购买机票的一致性，要不都成功，要不都失败，即使失败也不会扣用户的钱。如果在两个航班都已经已经确认购买后，再退票，那肯定还是要扣钱的。

当然，实际情况肯定这里提到的肯定要复杂，通常航空公司在第一阶段，对于预留的机票，会要求在指定的时间必须确认购买(支付成功)，如果没有及时确认购买，会自动取消。假设川航要求10分钟内支付成功，东航要求30分钟内支付成功。以较短的时间算，如果用户在10分钟内支付成功的话，那么美团会向两个航空公司都发送确认购买的请求，如果超过10分钟(以较短的时间为准)，那么就不能进行支付。

再次强调，这个案例，可以算是<>中航班预定案例的汉化版。而实际美团App是如何实现这种需要中转的航班预定需求，笔者并不知情。

另外，注意这只是一个案例场景，实际情况中，你是很难去驱动航空公司进行接口改造的。

Whatever，这个方案提供给我们一种跨服务条用保证事务一致性的一种解决思路，可以把这种方案当做TCC的雏形。

## 4 TCC开源解决方案 ##

*  [tcc-transaction][]
 *  [Hmily][]
 *  [ByteTCC][]
 *  [EasyTransaction][]
 *  [Seata][]

## 5 Seata TCC 模式 ##

回顾总览中的描述：一个分布式的全局事务，整体是 两阶段提交 的模型。全局事务是由若干分支事务组成的，分支事务要满足 两阶段提交 的模型要求，即需要每个分支事务都具备自己的：

*  一阶段 prepare 行为
 *  二阶段 commit 或 rollback 行为

![在这里插入图片描述][677982266b5a46bf9b5f7a0acf97650a.png]  
根据两阶段行为模式的不同，我们将分支事务划分为 Automatic (Branch) Transaction Mode 和 TCC (Branch) Transaction Mode.

AT 模式（参考链接 TBD）基于 支持本地 ACID 事务 的 关系型数据库：

*  一阶段 prepare 行为：在本地事务中，一并提交业务数据更新和相应回滚日志记录。
 *  二阶段 commit 行为：马上成功结束，自动 异步批量清理回滚日志。
 *  二阶段 rollback 行为：通过回滚日志，自动 生成补偿操作，完成数据回滚。

相应的，TCC 模式，不依赖于底层数据资源的事务支持：

*  一阶段 prepare 行为：调用 自定义 的 prepare 逻辑。
 *  二阶段 commit 行为：调用 自定义 的 commit 逻辑。
 *  二阶段 rollback 行为：调用 自定义 的 rollback 逻辑。

所谓 TCC 模式，是指支持把 自定义 的分支事务纳入到全局事务的管理中。

## 6 注意事项 ##

### 6.1 空回滚 ###

在没有调用 TCC 资源 Try 方法的情况下，调用了二阶段的 Cancel 方法，Cancel 方法需要识别出这是一个空回 滚，然后直接返回成功。

出现原因是当一个分支事务所在服务宕机或网络异常，分支事务调用记录为失败，这个时候其实是没有执行Try阶 段，当故障恢复后，分布式事务进行回滚则会调用二阶段的Cancel方法，从而形成空回滚。

解决思路是关键就是要识别出这个空回滚。思路很简单就是需要知道一阶段是否执行，如果执行了，那就是正常回 滚；如果没执行，那就是空回滚。前面已经说过TM在发起全局事务时生成全局事务记录，全局事务ID贯穿整个分 布式事务调用链条。再额外增加一张分支事务记录表，其中有全局事务 ID 和分支事务 ID，第一阶段 Try 方法里会 插入一条记录，表示一阶段执行了。Cancel 接口里读取该记录，如果该记录存在，则正常回滚；如果该记录不存 在，则是空回滚。

### 6.2 幂等 ###

通过前面介绍已经了解到，为了保证TCC二阶段提交重试机制不会引发数据不一致，要求 TCC 的二阶段 Try、 Confirm 和 Cancel 接口保证幂等，这样不会重复使用或者释放资源。如果幂等控制没有做好，很有可能导致数据 不一致等严重问题。

解决思路在上述“分支事务记录”中增加执行状态，每次执行前都查询该状态。

### 6.3 悬挂 ###

悬挂就是对于一个分布式事务，其二阶段 Cancel 接口比 Try 接口先执行。

出现原因是在 RPC 调用分支事务try时，先注册分支事务，再执行RPC调用，如果此时 RPC 调用的网络发生拥堵， 通常 RPC 调用是有超时时间的，RPC 超时以后，TM就会通知RM回滚该分布式事务，可能回滚完成后，RPC 请求 才到达参与者真正执行，而一个 Try 方法预留的业务资源，只有该分布式事务才能使用，该分布式事务第一阶段预 留的业务资源就再也没有人能够处理了，对于这种情况，我们就称为悬挂，即业务资源预留后没法继续处理。

解决思路是如果二阶段执行完成，那一阶段就不能再继续执行。在执行一阶段事务时判断在该全局事务下，“分支 事务记录”表中是否已经有二阶段事务记录，如果有则不执行Try。

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[tcc-transaction]: https://github.com/changmingxie/tcc-transaction
[Hmily]: https://github.com/yu199195/hmily
[ByteTCC]: https://github.com/liuyangming/ByteTCC
[EasyTransaction]: https://github.com/QNJR-GROUP/EasyTransaction
[Seata]: http://seata.io/zh-cn/docs/ops/deploy-guide-beginner.html
[677982266b5a46bf9b5f7a0acf97650a.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/02/22/63629b7fefa04bde978c4e2307709abd.png