導(dǎo)讀：分布式事務(wù)已經(jīng)成為微服務(wù)落地最大的阻礙，也是非常具有挑戰(zhàn)性的一個(gè)技術(shù)難題尺栖。 為此抽碌，今天我們邀請(qǐng)阿里高級(jí)技術(shù)專家于皋，和大家深入探討微服務(wù)架構(gòu)下决瞳，分布式事務(wù)的各種解決方案货徙，并重點(diǎn)為大家解讀阿里巴巴提出的分布式事務(wù)解決方案----GTS（Global Transaction Service）。
1 微服務(wù)的發(fā)展
微服務(wù)倡導(dǎo)將復(fù)雜的單體應(yīng)用拆分為若干個(gè)功能簡(jiǎn)單皮胡、松耦合的服務(wù)痴颊，這樣可以降低開(kāi)發(fā)難度、增強(qiáng)擴(kuò)展性屡贺、便于敏捷開(kāi)發(fā)蠢棱。當(dāng)前被越來(lái)越多的開(kāi)發(fā)者推崇，很多互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)巨頭甩栈、開(kāi)源社區(qū)等都開(kāi)始了微服務(wù)的討論和實(shí)踐泻仙。Hailo有160個(gè)不同服務(wù)構(gòu)成，NetFlix有大約600個(gè)服務(wù)量没。國(guó)內(nèi)方面玉转，阿里巴巴、騰訊殴蹄、360究抓、京東、58同城等很多互聯(lián)網(wǎng)公司都進(jìn)行了微服務(wù)化實(shí)踐袭灯。當(dāng)前微服務(wù)的開(kāi)發(fā)框架也非常多刺下，比較著名的有Dubbo、SpringCloud稽荧、thrift?橘茉、grpc等。
2 微服務(wù)落地存在的問(wèn)題
雖然微服務(wù)現(xiàn)在如火如荼姨丈，但對(duì)其實(shí)踐其實(shí)仍處于探索階段畅卓。很多中小型互聯(lián)網(wǎng)公司，鑒于經(jīng)驗(yàn)构挤、技術(shù)實(shí)力等問(wèn)題髓介，微服務(wù)落地比較困難。如著名架構(gòu)師Chris Richardson所言筋现，目前存在的主要困難有如下幾方面：
1）單體應(yīng)用拆分為分布式系統(tǒng)后唐础，進(jìn)程間的通訊機(jī)制和故障處理措施變的更加復(fù)雜。
2）系統(tǒng)微服務(wù)化后矾飞，一個(gè)看似簡(jiǎn)單的功能一膨，內(nèi)部可能需要調(diào)用多個(gè)服務(wù)并操作多個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)，服務(wù)調(diào)用的分布式事務(wù)問(wèn)題變的非常突出洒沦。
3）微服務(wù)數(shù)量眾多豹绪，其測(cè)試、部署申眼、監(jiān)控等都變的更加困難瞒津。
隨著RPC框架的成熟蝉衣，第一個(gè)問(wèn)題已經(jīng)逐漸得到解決。例如dubbo可以支持多種通訊協(xié)議巷蚪，springcloud可以非常好的支持restful調(diào)用病毡。對(duì)于第三個(gè)問(wèn)題，隨著docker屁柏、devops技術(shù)的發(fā)展以及各公有云paas平臺(tái)自動(dòng)化運(yùn)維工具的推出啦膜，微服務(wù)的測(cè)試、部署與運(yùn)維會(huì)變得越來(lái)越容易淌喻。
而對(duì)于第二個(gè)問(wèn)題僧家，現(xiàn)在還沒(méi)有通用方案很好的解決微服務(wù)產(chǎn)生的事務(wù)問(wèn)題。分布式事務(wù)已經(jīng)成為微服務(wù)落地最大的阻礙裸删，也是最具挑戰(zhàn)性的一個(gè)技術(shù)難題八拱。 為此，本文將深入和大家探討微服務(wù)架構(gòu)下烁落，分布式事務(wù)的各種解決方案乘粒，并重點(diǎn)為大家解讀阿里巴巴提出的分布式事務(wù)解決方案----GTS。該方案中提到的GTS是全新一代解決微服務(wù)問(wèn)題的分布式事務(wù)互聯(lián)網(wǎng)中間件伤塌。
3 傳統(tǒng)分布式事務(wù)解決方案
3.1 基于XA協(xié)議的兩階段提交方案
交易中間件與數(shù)據(jù)庫(kù)通過(guò) XA 接口規(guī)范灯萍，使用兩階段提交來(lái)完成一個(gè)全局事務(wù)， XA 規(guī)范的基礎(chǔ)是兩階段提交協(xié)議每聪。 第一階段是表決階段旦棉，所有參與者都將本事務(wù)能否成功的信息反饋發(fā)給協(xié)調(diào)者；第二階段是執(zhí)行階段药薯，協(xié)調(diào)者根據(jù)所有參與者的反饋绑洛，通知所有參與者，步調(diào)一致地在所有分支上提交或者回滾童本。
兩階段提交方案應(yīng)用非常廣泛真屯，幾乎所有商業(yè)OLTP數(shù)據(jù)庫(kù)都支持XA協(xié)議。但是兩階段提交方案鎖定資源時(shí)間長(zhǎng)穷娱，對(duì)性能影響很大绑蔫，基本不適合解決微服務(wù)事務(wù)問(wèn)題。
3.2 TCC方案
TCC方案在電商泵额、金融領(lǐng)域落地較多配深。TCC方案其實(shí)是兩階段提交的一種改進(jìn)。其將整個(gè)業(yè)務(wù)邏輯的每個(gè)分支顯式的分成了Try嫁盲、Confirm篓叶、Cancel三個(gè)操作。Try部分完成業(yè)務(wù)的準(zhǔn)備工作，confirm部分完成業(yè)務(wù)的提交缸托，cancel部分完成事務(wù)的回滾左敌。基本原理如下圖所示嗦董。?
事務(wù)開(kāi)始時(shí)母谎，業(yè)務(wù)應(yīng)用會(huì)向事務(wù)協(xié)調(diào)器注冊(cè)啟動(dòng)事務(wù)。之后業(yè)務(wù)應(yīng)用會(huì)調(diào)用所有服務(wù)的try接口京革，完成一階段準(zhǔn)備。之后事務(wù)協(xié)調(diào)器會(huì)根據(jù)try接口返回情況幸斥，決定調(diào)用confirm接口或者cancel接口匹摇。如果接口調(diào)用失敗，會(huì)進(jìn)行重試甲葬。
TCC方案讓應(yīng)用自己定義數(shù)據(jù)庫(kù)操作的粒度廊勃，使得降低鎖沖突、提高吞吐量成為可能经窖。 當(dāng)然TCC方案也有不足之處坡垫，集中表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：
對(duì)應(yīng)用的侵入性強(qiáng)。業(yè)務(wù)邏輯的每個(gè)分支都需要實(shí)現(xiàn)try画侣、confirm冰悠、cancel三個(gè)操作，應(yīng)用侵入性較強(qiáng)配乱，改造成本高溉卓。
實(shí)現(xiàn)難度較大。需要按照網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)搬泥、系統(tǒng)故障等不同的失敗原因?qū)崿F(xiàn)不同的回滾策略桑寨。為了滿足一致性的要求，confirm和cancel接口必須實(shí)現(xiàn)冪等忿檩。
上述原因?qū)е耇CC方案大多被研發(fā)實(shí)力較強(qiáng)尉尾、有迫切需求的大公司所采用妓肢。微服務(wù)倡導(dǎo)服務(wù)的輕量化叼旋、易部署舔亭，而TCC方案中很多事務(wù)的處理邏輯需要應(yīng)用自己編碼實(shí)現(xiàn)轻庆，復(fù)雜且開(kāi)發(fā)量大工闺。
3.3 基于消息的最終一致性方案
消息一致性方案是通過(guò)消息中間件保證上么翰、下游應(yīng)用數(shù)據(jù)操作的一致性董瞻∧缶常基本思路是將本地操作和發(fā)送消息放在一個(gè)事務(wù)中孽尽，保證本地操作和消息發(fā)送要么兩者都成功或者都失敗窖壕。下游應(yīng)用向消息系統(tǒng)訂閱該消息，收到消息后執(zhí)行相應(yīng)操作。
消息方案從本質(zhì)上講是將分布式事務(wù)轉(zhuǎn)換為兩個(gè)本地事務(wù)瞻讽，然后依靠下游業(yè)務(wù)的重試機(jī)制達(dá)到最終一致性鸳吸。基于消息的最終一致性方案對(duì)應(yīng)用侵入性也很高速勇，應(yīng)用需要進(jìn)行大量業(yè)務(wù)改造晌砾，成本較高。
4 GTS－阿里分布式事務(wù)解決方案
GTS是一款分布式事務(wù)中間件烦磁，由阿里巴巴中間件部門研發(fā)养匈，可以為微服務(wù)架構(gòu)中的分布式事務(wù)提供一站式解決方案。
4.1 GTS的核心優(yōu)勢(shì)
a. 性能超強(qiáng)
GTS通過(guò)大量創(chuàng)新都伪，解決了事務(wù)ACID特性與高性能呕乎、高可用、低侵入不可兼得的問(wèn)題陨晶。單事務(wù)分支的平均響應(yīng)時(shí)間在2ms左右猬仁，3臺(tái)服務(wù)器組成的集群可以支撐3萬(wàn)TPS以上的分布式事務(wù)請(qǐng)求。
b. 應(yīng)用侵入性極低
GTS對(duì)業(yè)務(wù)低侵入先誉，業(yè)務(wù)代碼最少只需要添加一行注解（@TxcTransaction）聲明事務(wù)即可湿刽。業(yè)務(wù)與事務(wù)分離，將微服務(wù)從事務(wù)中解放出來(lái)褐耳，微服務(wù)關(guān)注于業(yè)務(wù)本身诈闺，不再需要考慮反向接口、冪等漱病、回滾策略等復(fù)雜問(wèn)題买雾，極大降低了微服務(wù)開(kāi)發(fā)的難度與工作量。
c. 完整解決方案
GTS支持多種主流的服務(wù)框架杨帽，包括EDAS漓穿，Dubbo，Spring Cloud等注盈。 有些情況下晃危，應(yīng)用需要調(diào)用第三方系統(tǒng)的接口，而第三方系統(tǒng)沒(méi)有接入GTS老客。此時(shí)需要用到GTS的MT模式僚饭。GTS的MT模式可以等價(jià)于TCC模式，用戶可以根據(jù)自身業(yè)務(wù)需求自定義每個(gè)事務(wù)階段的具體行為胧砰。MT模式提供了更多的靈活性鳍鸵，可能性，以達(dá)到特殊場(chǎng)景下的自定義優(yōu)化及特殊功能的實(shí)現(xiàn)尉间。
d. 容錯(cuò)能力強(qiáng)
GTS解決了XA事務(wù)協(xié)調(diào)器單點(diǎn)問(wèn)題偿乖，實(shí)現(xiàn)真正的高可用击罪，可以保證各種異常情況下的嚴(yán)格數(shù)據(jù)一致。
4.2 GTS的應(yīng)用場(chǎng)景
GTS可應(yīng)用在涉及服務(wù)調(diào)用的多個(gè)領(lǐng)域贪薪，包括但不限于金融支付媳禁、電信、電子商務(wù)画切、快遞物流竣稽、廣告營(yíng)銷、社交霍弹、即時(shí)通信毫别、手游、視頻庞萍、物聯(lián)網(wǎng)拧烦、車聯(lián)網(wǎng)等。
4.3 GTS與微服務(wù)的集成
GTS包括客戶端（GTS Client）钝计、資源管理器（GTS RM）和事務(wù)協(xié)調(diào)器（GTS Server）三個(gè)部分。GTS Client主要用來(lái)界定事務(wù)邊界齐佳，完成事務(wù)的發(fā)起與結(jié)束私恬。GTS RM完成事務(wù)分支的創(chuàng)建、提交炼吴、回滾等操作本鸣。GTS Server主要負(fù)責(zé)分布式事務(wù)的整體推進(jìn)，事務(wù)生命周期的管理硅蹦。GTS和微服務(wù)集成的結(jié)構(gòu)圖如下所示荣德，GTS Client需要和業(yè)務(wù)應(yīng)用集成部署，RM與微服務(wù)集成部署童芹。?
4.4 GTS的輸出形式
GTS目前有三種輸出形式：公有云輸出涮瞻、公網(wǎng)輸出、專有云輸出假褪。
4.4.1 公有云輸出
這種輸出形式面向阿里云用戶署咽。如果用戶的業(yè)務(wù)系統(tǒng)已經(jīng)部署到阿里云上，可以申請(qǐng)開(kāi)通公有云GTS生音。開(kāi)通后業(yè)務(wù)應(yīng)用即可通過(guò)GTS保證服務(wù)調(diào)用的一致性宁否。這種使用場(chǎng)景下，業(yè)務(wù)系統(tǒng)和GTS間的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境比較理想缀遍，達(dá)到很好性能慕匠。?
4.4.2 公網(wǎng)輸出
這種輸出形式面向于非阿里云的用戶，使用更加方便域醇、靈活台谊，業(yè)務(wù)系統(tǒng)只要能連接互聯(lián)網(wǎng)即可享受GTS提供的云服務(wù)（與公有云輸出的差別在于客戶端部署于用戶本地蓉媳，而不在云上）。
在正常網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下青伤，以包含兩個(gè)本地事務(wù)的全局事務(wù)為例督怜，事務(wù)完成時(shí)間在20ms左右，50個(gè)并發(fā)就可以輕松實(shí)現(xiàn)1000TPS以上分布式事務(wù)狠角，對(duì)絕大多數(shù)業(yè)務(wù)來(lái)說(shuō)性能是足夠的号杠。在公網(wǎng)環(huán)境，網(wǎng)絡(luò)閃斷很難完全避免丰歌，這種情況下GTS仍能保證服務(wù)調(diào)用的數(shù)據(jù)一致性姨蟋。?
4.4.3 專有云輸出
這種形式主要面向于已建設(shè)了自己專有云平臺(tái)的大用戶立帖，GTS可以直接部署到用戶的專有云上眼溶，為專有云提供分布式事務(wù)服務(wù)。目前已經(jīng)有10多個(gè)特大型企業(yè)的專有云使用GTS解決分布式事務(wù)難題晓勇，性能與穩(wěn)定性經(jīng)過(guò)了用戶的嚴(yán)格檢測(cè)堂飞。
4.5?GTS的使用方式
GTS對(duì)應(yīng)用的侵入性非常低，使用也很簡(jiǎn)單绑咱。下面以訂單存儲(chǔ)應(yīng)用為例說(shuō)明绰筛。訂單業(yè)務(wù)應(yīng)用通過(guò)調(diào)用訂單服務(wù)和庫(kù)存服務(wù)完成訂單業(yè)務(wù)，服務(wù)開(kāi)發(fā)框架為Dubbo描融。
4.5.1 訂單業(yè)務(wù)應(yīng)用
在業(yè)務(wù)函數(shù)外圍使用@TxcTransaction注解即可開(kāi)啟分布式事務(wù)铝噩。Dubbo應(yīng)用通過(guò)隱藏參數(shù)將GTS的事務(wù)xid傳播到服務(wù)端。
4.5.2 服務(wù)提供者
更新庫(kù)存方法
4.6 GTS的應(yīng)用情況
GTS目前已經(jīng)在淘寶窿克、天貓骏庸、阿里影業(yè)、淘票票年叮、阿里媽媽具被、1688等阿里各業(yè)務(wù)系統(tǒng)廣泛使用，經(jīng)受了16年和17年兩年雙十一海量請(qǐng)求的考驗(yàn)谋右。某線上業(yè)務(wù)系統(tǒng)最高流量已達(dá)十萬(wàn)TPS（每秒鐘10萬(wàn)筆事務(wù)）硬猫。
GTS在公有云和專有云輸出后，已經(jīng)有了100多個(gè)線上用戶改执，很多用戶通過(guò)GTS解決SpringCloud啸蜜、Dubbo、Edas等服務(wù)框架的分布式事務(wù)問(wèn)題辈挂。業(yè)務(wù)領(lǐng)域涉及電力衬横、物流、ETC终蒂、煙草蜂林、金融遥诉、零售、電商噪叙、共享出行等十幾個(gè)行業(yè)矮锈，得到用戶的一致認(rèn)可。?
上圖是GTS與SpringCloud集成睁蕾，應(yīng)用于某共享出行系統(tǒng)苞笨。業(yè)務(wù)共享出行場(chǎng)景下，通過(guò)GTS支撐物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)子眶、訂單系統(tǒng)瀑凝、支付系統(tǒng)、運(yùn)維系統(tǒng)臭杰、分析系統(tǒng)等系各統(tǒng)應(yīng)用的數(shù)據(jù)一致性粤咪，保證海量訂單和數(shù)千萬(wàn)流水的交易。
4.7 GTS的工程樣例
GTS的公有云樣例可參考阿里云網(wǎng)站渴杆。在公網(wǎng)環(huán)境下提供sample-txc-simple和sample-txc-dubbo兩個(gè)樣例工程寥枝。
4.7.1.1 樣例業(yè)務(wù)邏輯
該樣例是GTS的入門sample，案例的業(yè)務(wù)邏輯是從A賬戶轉(zhuǎn)賬給B賬戶磁奖，其中A和B分別位于兩個(gè)MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)中脉顿，使用GTS事務(wù)保證A和B賬戶錢的總數(shù)始終不變。
4.7.1.2 樣例搭建方法
1) 準(zhǔn)備數(shù)據(jù)庫(kù)環(huán)境
安裝MySQL点寥，創(chuàng)建兩個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)db1和db2。在db1和db2中分別創(chuàng)建txc_undo_log表（SQL腳本見(jiàn)4.7.3）来吩。在db1庫(kù)中創(chuàng)建user_money_a表敢辩，在db2庫(kù)中創(chuàng)建user_money_b表。
2) 下載樣例
將sample-txc-simple文件下載到本地弟疆，樣例中已經(jīng)包含了GTS的SDK戚长。
3) 修改配置
打開(kāi)sample-txc-simple/src/main/resources目錄下的txc-client-context.xml，將數(shù)據(jù)源的url怠苔、username同廉、password修改為實(shí)際值。
4) 運(yùn)行樣例
在sample-txc-simple目錄下執(zhí)行build.sh編譯本工程柑司。編譯完成后執(zhí)行run.sh迫肖。
4.7.2 sample-txc-dubbo 樣例
4.7.2.1 樣例業(yè)務(wù)邏輯
本案例模擬了用戶下訂單、減庫(kù)存的業(yè)務(wù)邏輯攒驰◇『客戶端（Client）通過(guò)調(diào)用訂單服務(wù)（OrderService）創(chuàng)建訂單，之后通過(guò)調(diào)用庫(kù)存服務(wù)（StockService）扣庫(kù)存玻粪。其中訂單服務(wù)讀寫訂單數(shù)據(jù)庫(kù)隅津，庫(kù)存服務(wù)讀寫庫(kù)存數(shù)據(jù)庫(kù)诬垂。由 GTS 保證跨服務(wù)事務(wù)的一致性。
4.7.2.2 樣例搭建方法
1) 準(zhǔn)備數(shù)據(jù)庫(kù)環(huán)境
安裝MySQL伦仍，創(chuàng)建兩個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)db1和db2结窘。在db1和db2中分別創(chuàng)建txc_undo_log表。在db1庫(kù)中創(chuàng)建orders表充蓝，在db2庫(kù)中創(chuàng)建stock表隧枫。
2) 下載樣例
將樣例文件sample-txc-dubbo下載到本地機(jī)器，樣例中已經(jīng)包含了GTS的SDK棺克。
3) 修改配置
打開(kāi)sample-txc-dubbo/src/main/resources目錄悠垛，將dubbo-order-service.xml、dubbo-stock-service.xml兩個(gè)文件中數(shù)據(jù)源的url娜谊、username确买、password修改為實(shí)際值。
4) 運(yùn)行樣例
a. 編譯程序
在工程根目錄執(zhí)行 build.sh 命令纱皆，編譯工程湾趾。編譯后會(huì)在 sample-txc-dubbo/client/bin 目錄下生成 order_run.sh、stock_run.sh派草、client_run.sh 三個(gè)運(yùn)行腳本對(duì)應(yīng)訂單服務(wù)搀缠、庫(kù)存服務(wù)以及客戶端。
b. 運(yùn)行程序
在根目錄執(zhí)行run.sh近迁，該腳本會(huì)依次啟動(dòng)order_run.sh(訂單服務(wù))艺普、stock_run.sh(庫(kù)存服務(wù))和client_run.sh(客戶端程序)。
4.7.2.3 其他說(shuō)明
樣例使用Multicast注冊(cè)中心的聲明方式鉴竭。如果本機(jī)使用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)歧譬，dubbo服務(wù)在綁定地址時(shí)有可能獲取ipv6地址，可以通過(guò)jvm啟動(dòng)參數(shù)禁用搏存。 方法是配置jvm啟動(dòng)參數(shù)?-Djava.net.preferIPv4Stack=true瑰步。
4.7.3 SQL
4.7.3.1 建表 txc_undo_log
CREATE TABLE?txc_undo_log?(
id?bigint(20) NOT NULL AUTO_INCREMENT COMMENT '主鍵',
gmt_create?datetime NOT NULL COMMENT '創(chuàng)建時(shí)間',
gmt_modified?datetime NOT NULL COMMENT '修改時(shí)間',
xid?varchar(100) NOT NULL COMMENT '全局事務(wù)ID',
branch_id?bigint(20) NOT NULL COMMENT '分支事務(wù)ID',
rollback_info?longblob NOT NULL COMMENT 'LOG',
status?int(11) NOT NULL COMMENT '狀態(tài)',
server?varchar(32) NOT NULL COMMENT '分支所在DB IP',
PRIMARY KEY (id),
KEY?unionkey?(xid,branch_id)
) ENGINE=InnoDB AUTO_INCREMENT=211225994 DEFAULT CHARSET=utf8 COMMENT='事務(wù)日志表';
4.7.3.2 建表 user_money_a
CREATE TABLE?user_money_a?(
id?int(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT,
money?int(11) DEFAULT NULL,
PRIMARY KEY (id)
) ENGINE=InnoDB AUTO_INCREMENT=2 DEFAULT CHARSET=utf8;
4.7.3.3 建表 user_money_b
CREATE TABLE?user_money_b?(
id?int(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT,
money?int(11) DEFAULT NULL,
PRIMARY KEY (id)
) ENGINE=InnoDB AUTO_INCREMENT=2 DEFAULT CHARSET=utf8;
4.7.3.4 建表 orders
CREATE TABLE?orders?(
id?bigint(20) NOT NULL AUTO_INCREMENT,
user_id?varchar(255) NOT NULL,
product_id?int(11) NOT NULL,
number?int(11) NOT NULL,
gmt_create?timestamp NOT NULL,
PRIMARY KEY (id)
) ENGINE=MyISAM AUTO_INCREMENT=351 DEFAULT CHARSET=utf8
4.7.3.5 建表 stock
CREATE TABLE?stock?(
product_id?int(11) NOT NULL,
price?float NOT NULL,
amount?int(11) NOT NULL,
PRIMARY KEY (product_id)
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8
5 總結(jié)
GTS已經(jīng)在阿里內(nèi)部廣泛使用，經(jīng)過(guò)了雙十一流量高峰的考驗(yàn)璧眠。內(nèi)部成熟后缩焦，在專有云和公有云服務(wù)了很多用戶，很多用戶一天事務(wù)量在千萬(wàn)/億級(jí)別责静，解決了業(yè)務(wù)服務(wù)化改造后的分布式事務(wù)棘手技術(shù)難題袁滥。
我們相信，作為既滿足事務(wù)ACID特性泰演，又具備高性能呻拌、高可用、業(yè)務(wù)侵入性低的分布式事務(wù)中間件睦焕，未來(lái)GTS能幫助更多的開(kāi)發(fā)者藐握，推動(dòng)行業(yè)持續(xù)發(fā)展靴拱。
了解更多互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)資訊，關(guān)注公眾號(hào)：技術(shù)邊城猾普。
