分布式事務的方案有哪些

本篇內容介紹了“分布式事務的方案有哪些”的有關知識，在實際案例的操作過程中，不少人都會遇到這樣的困境，接下來就讓小編帶領大家學習一下如何處理這些情況吧！希望大家仔細閱讀，能夠學有所成！

分布式事務的產生

我們先看看百度上對于分布式事務的定義：分布式事務是指事務的參與者、支持事務的服務器、資源服務器以及事務管理器分別位于不同的分布式系統的不同節點之上。

額~ 有點抽象，簡單的畫個圖好理解一下，拿下單減庫存、扣余額來說舉例：

當系統的體量很小時，單體架構完全可以滿足現有業務需求，所有的業務共用一個數據庫，整個下單流程或許只用在一個方法里同一個事務下操作數據庫即可。此時做到所有操作要么全部提交  或 要么全部回滾很容易。

分庫分表、SOA

可隨著業務量的不斷增長，單體架構漸漸扛不住巨大的流量，此時就需要對數據庫、表做 分庫分表處理，將應用 SOA  服務化拆分。也就產生了訂單中心、用戶中心、庫存中心等，由此帶來的問題就是業務間相互隔離，每個業務都維護著自己的數據庫，數據的交換只能進行RPC 調用。

當用戶再次下單時，需同時對訂單庫 order、庫存庫 storage、用戶庫 account  進行操作，可此時我們只能保證自己本地的數據一致性，無法保證調用其他服務的操作是否成功，所以為了保證整個下單流程的數據一致性，就需要分布式事務介入。

Seata 優勢

實現分布式事務的方案比較多，常見的比如基于 XA 協議的 2PC、3PC，基于業務層的TCC，還有應用消息隊列 +  消息表實現的最終一致性方案，還有今天要說的 Seata 中間件，下邊看看各個方案的優缺點。

2PC

基于 XA 協議實現的分布式事務，XA 協議中分為兩部分：事務管理器和本地資源管理器。其中本地資源管理器往往由數據庫實現，比如 Oracle、MYSQL  這些數據庫都實現了 XA 接口，而事務管理器則作為一個全局的調度者。

兩階段提交(2PC)，對業務侵?很小，它最?的優勢就是對使??透明，用戶可以像使?本地事務?樣使?基于 XA 協議的分布式事務，能夠嚴格保障事務 ACID  特性。

可 2PC的缺點也是顯而易見，它是一個強一致性的同步阻塞協議，事務執?過程中需要將所需資源全部鎖定，也就是俗稱的  剛性事務。所以它比較適?于執?時間確定的短事務，整體性能比較差。

一旦事務協調者宕機或者發生網絡抖動，會讓參與者一直處于鎖定資源的狀態或者只有一部分參與者提交成功，導致數據的不一致。因此，在?并發性能?上的場景中，基于  XA 協議的分布式事務并不是最佳選擇。

3PC

三段提交(3PC)是二階段提交(2PC)的一種改進版本  ，為解決兩階段提交協議的阻塞問題，上邊提到兩段提交，當協調者崩潰時，參與者不能做出最后的選擇，就會一直保持阻塞鎖定資源。

2PC 中只有協調者有超時機制，3PC  在協調者和參與者中都引入了超時機制，協調者出現故障后，參與者就不會一直阻塞。而且在第一階段和第二階段中又插入了一個準備階段(如下圖，看著有點啰嗦)，保證了在最后提交階段之前各參與節點的狀態是一致的。

雖然 3PC 用超時機制，解決了協調者故障后參與者的阻塞問題，但與此同時卻多了一次網絡通信，性能上反而變得更差，也不太推薦。

TCC

所謂的 TCC 編程模式，也是兩階段提交的一個變種，不同的是 TCC 為在業務層編寫代碼實現的兩階段提交。TCC 分別指  Try、Confirm、Cancel ，一個業務操作要對應的寫這三個方法。

以下單扣庫存為例，Try 階段去占庫存，Confirm 階段則實際扣庫存，如果庫存扣減失敗 Cancel 階段進行回滾，釋放庫存。

TCC 不存在資源阻塞的問題，因為每個方法都直接進行事務的提交，一旦出現異常通過則 Cancel 來進行回滾補償，這也就是常說的補償性事務。

原本一個方法，現在卻需要三個方法來支持，可以看到 TCC  對業務的侵入性很強，而且這種模式并不能很好地被復用，會導致開發量激增。還要考慮到網絡波動等原因，為保證請求一定送達都會有重試機制，所以考慮到接口的冪等性。

消息事務(最終一致性)

消息事務其實就是基于消息中間件的兩階段提交，將本地事務和發消息放在同一個事務里，保證本地操作和發送消息同時成功。下單扣庫存原理圖：

• 訂單系統向 MQ 發送一條預備扣減庫存消息，MQ 保存預備消息并返回成功 ACK

• 接收到預備消息執行成功 ACK，訂單系統執行本地下單操作，為防止消息發送成功而本地事務失敗，訂單系統會實現 MQ  的回調接口，其內不斷的檢查本地事務是否執行成功，如果失敗則 rollback 回滾預備消息;成功則對消息進行最終 commit 提交。

• 庫存系統消費扣減庫存消息，執行本地事務，如果扣減失敗，消息會重新投，一旦超出重試次數，則本地表持久化失敗消息，并啟動定時任務做補償。

基于消息中間件的兩階段提交方案，通常用在高并發場景下使用，犧牲數據的強一致性換取性能的大幅提升，不過實現這種方式的成本和復雜度是比較高的，還要看實際業務情況。

Seata

Seata 也是從兩段提交演變而來的一種分布式事務解決方案，提供了 AT、TCC、SAGA 和XA 等事務模式，這里重點介紹 AT模式。

既然 Seata 是兩段提交，那我們看看它在每個階段都做了點啥?下邊我們還以下單扣庫存、扣余額舉例。

先介紹 Seata 分布式事務的幾種角色：

• Transaction Coordinator(TC): 全局事務協調者，用來協調全局事務和各個分支事務(不同服務)的狀態，  驅動全局事務和各個分支事務的回滾或提交。

• Transaction Manager™: 事務管理者，業務層中用來開啟/提交/回滾一個整體事務(在調用服務的方法中用注解開啟事務)。

• Resource Manager(RM): 資源管理者，一般指業務數據庫代表了一個分支事務(Branch Transaction)，管理分支事務與 TC  進行協調注冊分支事務并且匯報分支事務的狀態，驅動分支事務的提交或回滾。

Seata 實現分布式事務，設計了一個關鍵角色 UNDO_LOG  (回滾日志記錄表)，我們在每個應用分布式事務的業務庫中創建這張表，這個表的核心作用就是，將業務數據在更新前后的數據鏡像組織成回滾日志，備份在 UNDO_LOG  表中，以便業務異常能隨時回滾。

第一個階段

比如：下邊我們更新 user 表的 name 字段。

update user set name = '小富最帥' where name = '程序員內點事'

首先 Seata 的 JDBC 數據源代理通過對業務 SQL 解析，提取 SQL 的元數據，也就是得到 SQL  的類型(UPDATE)，表(user)，條件(where name = '程序員內點事')等相關的信息。

第一個階段的流程圖

先查詢數據前鏡像，根據解析得到的條件信息，生成查詢語句，定位一條數據。

select  name from user where name = '程序員內點事'

數據前鏡像

緊接著執行業務 SQL，根據前鏡像數據主鍵查詢出后鏡像數據

select name from user where id = 1

數據后鏡像

把業務數據在更新前后的數據鏡像組織成回滾日志，將業務數據的更新和回滾日志在同一個本地事務中提交，分別插入到業務表和 UNDO_LOG 表中。

回滾記錄數據格式如下：包括 afterImage 前鏡像、beforeImage 后鏡像、 branchId 分支事務ID、xid 全局事務ID

{     "branchId":641789253,     "xid":"xid:xxx",     "undoItems":[         {             "afterImage":{                 "rows":[                     {                         "fields":[                             {                                 "name":"id",                                 "type":4,                                 "value":1                             }                         ]                     }                 ],                 "tableName":"product"             },             "beforeImage":{                 "rows":[                     {                         "fields":[                             {                                 "name":"id",                                 "type":4,                                 "value":1                             }                         ]                     }                 ],                 "tableName":"product"             },             "sqlType":"UPDATE"         }     ] }

這樣就可以保證，任何提交的業務數據的更新一定有相應的回滾日志。

在本地事務提交前，各分支事務需向 全局事務協調者 TC 注冊分支 ( Branch Id) ，為要修改的記錄申請 全局鎖 ，要為這條數據加鎖，利用  SELECT FOR UPDATE 語句。而如果一直拿不到鎖那就需要回滾本地事務。TM 開啟事務后會生成全局唯一的  XID，會在各個調用的服務間進行傳遞。

有了這樣的機制，本地事務分支(Branch Transaction)便可以在全局事務的第一階段提交，并馬上釋放本地事務鎖定的資源。相比于傳統的 XA  事務在第二階段釋放資源，Seata降低了鎖范圍提高效率，即使第二階段發生異常需要回滾，也可以快速 從UNDO_LOG 表中找到對應回滾數據并反解析成 SQL  來達到回滾補償。

最后本地事務提交，業務數據的更新和前面生成的 UNDO LOG 數據一并提交，并將本地事務提交的結果上報給全局事務協調者 TC。

第二個階段

第二階段是根據各分支的決議做提交或回滾：

如果決議是全局提交，此時各分支事務已提交并成功，這時 全局事務協調者(TC) 會向分支發送第二階段的請求。收到 TC  的分支提交請求，該請求會被放入一個異步任務隊列中，并馬上返回提交成功結果給 TC。異步隊列中會異步和批量地根據 Branch ID 查找并刪除相應 UNDO  LOG 回滾記錄。

如果決議是全局回滾，過程比全局提交麻煩一點，RM 服務方收到 TC 全局協調者發來的回滾請求，通過 XID 和 Branch ID  找到相應的回滾日志記錄，通過回滾記錄生成反向的更新 SQL 并執行，以完成分支的回滾。

注意：這里刪除回滾日志記錄操作，一定是在本地業務事務執行之后

上邊說了幾種分布式事務各自的優缺點，下邊實踐一下分布式事務中間 Seata 感受一下。

Seata 實踐

Seata 是一個需獨立部署的中間件，所以先搭 Seata Server，這里以最新的 seata-server-1.4.0  版本為例，下載地址：https://seata.io/en-us/blog/download.html

解壓后的文件我們只需要關心 \seata\conf 目錄下的 file.conf 和 registry.conf 文件。

Seata Server

file.conf

file.conf 文件用于配置持久化事務日志的模式，目前提供 file、db、redis 三種方式。

file.conf 文件配置

注意：在選擇 db 方式后，需要在對應數據庫創建 globalTable(持久化全局事務)、branchTable(持久化各提交分支的事務)、  lockTable(持久化各分支鎖定資源事務)三張表。

-- the table to store GlobalSession data -- 持久化全局事務 CREATE TABLE IF NOT EXISTS `global_table` (     `xid`                       VARCHAR(128) NOT NULL,     `transaction_id`            BIGINT,     `status`                    TINYINT      NOT NULL,     `application_id`            VARCHAR(32),     `transaction_service_group` VARCHAR(32),     `transaction_name`          VARCHAR(128),     `timeout`                   INT,     `begin_time`                BIGINT,     `application_data`          VARCHAR(2000),     `gmt_create`                DATETIME,     `gmt_modified`              DATETIME,     PRIMARY KEY (`xid`),     KEY `idx_gmt_modified_status` (`gmt_modified`, `status`),     KEY `idx_transaction_id` (`transaction_id`) ) ENGINE = InnoDB   DEFAULT CHARSET = utf8;  -- the table to store BranchSession data -- 持久化各提交分支的事務 CREATE TABLE IF NOT EXISTS `branch_table` (     `branch_id`         BIGINT       NOT NULL,     `xid`               VARCHAR(128) NOT NULL,     `transaction_id`    BIGINT,     `resource_group_id` VARCHAR(32),     `resource_id`       VARCHAR(256),     `branch_type`       VARCHAR(8),     `status`            TINYINT,     `client_id`         VARCHAR(64),     `application_data`  VARCHAR(2000),     `gmt_create`        DATETIME(6),     `gmt_modified`      DATETIME(6),     PRIMARY KEY (`branch_id`),     KEY `idx_xid` (`xid`) ) ENGINE = InnoDB   DEFAULT CHARSET = utf8;  -- the table to store lock data -- 持久化每個分支鎖表事務 CREATE TABLE IF NOT EXISTS `lock_table` (     `row_key`        VARCHAR(128) NOT NULL,     `xid`            VARCHAR(96),     `transaction_id` BIGINT,     `branch_id`      BIGINT       NOT NULL,     `resource_id`    VARCHAR(256),     `table_name`     VARCHAR(32),     `pk`             VARCHAR(36),     `gmt_create`     DATETIME,     `gmt_modified`   DATETIME,     PRIMARY KEY (`row_key`),     KEY `idx_branch_id` (`branch_id`) ) ENGINE = InnoDB   DEFAULT CHARSET = utf8;

registry.conf

registry.conf 文件設置 注冊中心 和 配置中心：

目前注冊中心支持 nacos 、eureka、redis、zk、consul、etcd3、sofa 七種，這里我使用的 eureka作為注冊中心  ;配置中心支持 nacos 、apollo、zk、consul、etcd3五種方式。

registry.conf 文件配置

配置完以后在 \seata\bin 目錄下啟動 seata-server 即可，到這 Seata 的服務端就搭建好了。

Seata Client

Seata Server 環境搭建完，接下來我們新建三個服務  order-server(下單服務)、storage-server(扣減庫存服務)、account-server(賬戶金額服務)，分別服務注冊到eureka。

每個服務的大體核心配置如下：

spring:     application:         name: storage-server     cloud:         alibaba:             seata:                 tx-service-group: my_test_tx_group     datasource:         driver-class-name: com.mysql.jdbc.Driver         url: jdbc:mysql://47.93.6.1:3306/seat-storage         username: root         password: root  # eureka 注冊中心 eureka:     client:         serviceUrl:             defaultZone: http://${eureka.instance.hostname}:8761/eureka/     instance:         hostname: 47.93.6.5         prefer-ip-address: true

業務大致流程：用戶發起下單請求，本地 order 訂單服務創建訂單記錄，并通過 RPC 遠程調用 storage 扣減庫存服務和 account  扣賬戶余額服務，只有三個服務同時執行成功，才是一個完整的下單流程。如果某個服執行失敗，則其他服務全部回滾。

Seata 對業務代碼的侵入性非常小，代碼中使用只需用 @GlobalTransactional 注解開啟一個全局事務即可。

@Override @GlobalTransactional(name = "create-order", rollbackFor = Exception.class) public void create(Order order) {      String xid = RootContext.getXID();      LOGGER.info("------->交易開始");     //本地方法     orderDao.create(order);      //遠程方法 扣減庫存     storageApi.decrease(order.getProductId(), order.getCount());      //遠程方法 扣減賬戶余額     LOGGER.info("------->扣減賬戶開始order中");     accountApi.decrease(order.getUserId(), order.getMoney());     LOGGER.info("------->扣減賬戶結束order中");      LOGGER.info("------->交易結束");     LOGGER.info("全局事務 xid： {}", xid); }

前邊說過 Seata AT 模式實現分布式事務，必須在相關的業務庫中創建 undo_log 表來存數據回滾日志，表結構如下：

-- for AT mode you must to init this sql for you business database. the seata server not need it. CREATE TABLE IF NOT EXISTS `undo_log` (     `id`            BIGINT(20)   NOT NULL AUTO_INCREMENT COMMENT 'increment id',     `branch_id`     BIGINT(20)   NOT NULL COMMENT 'branch transaction id',     `xid`           VARCHAR(100) NOT NULL COMMENT 'global transaction id',     `context`       VARCHAR(128) NOT NULL COMMENT 'undo_log context,such as serialization',     `rollback_info` LONGBLOB     NOT NULL COMMENT 'rollback info',     `log_status`    INT(11)      NOT NULL COMMENT '0:normal status,1:defense status',     `log_created`   DATETIME     NOT NULL COMMENT 'create datetime',     `log_modified`  DATETIME     NOT NULL COMMENT 'modify datetime',     PRIMARY KEY (`id`),     UNIQUE KEY `ux_undo_log` (`xid`, `branch_id`) ) ENGINE = InnoDB   AUTO_INCREMENT = 1   DEFAULT CHARSET = utf8 COMMENT ='AT transaction mode undo table';

到這環境搭建的工作就完事了，完整案例會在后邊貼出 GitHub 地址，就不在這占用篇幅了。

測試 Seata

項目中的服務調用過程如下圖：

服務調用過程

啟動各個服務后，我們直接請求下單接口看看效果，只要 order 訂單表創建記錄成功，storage 庫存表 used 字段數量遞增、account 余額表  used 字段數量遞增則表示下單流程成功。

原始數據

請求后正向流程是沒問題的，數據和預想的一樣

下單數據

而且發現 TM 事務管理者 order-server 服務的控制臺也打印出了兩階段提交的日志

控制臺兩次提交

那么再看看如果其中一個服務異常，會不會正常回滾呢?在 account-server 服務中模擬超時異常，看能否實現全局事務回滾。

全局事務回滾

發現數據全沒執行成功，說明全局事務回滾也成功了

那看一下 undo_log 回滾記錄表的變化情況，由于 Seata  刪除回滾日志的速度很快，所以要想在表中看見回滾日志，必須要在某一個服務上打斷點才看的更明顯。

回滾記錄

“分布式事務的方案有哪些”的內容就介紹到這里了，感謝大家的閱讀。如果想了解更多行業相關的知識可以關注億速云網站，小編將為大家輸出更多高質量的實用文章！