一近零、背景

隨著業(yè)務(wù)發(fā)展诺核，單體系統(tǒng)逐漸無法滿足業(yè)務(wù)的需求，分布式架構(gòu)逐漸成為大型互聯(lián)網(wǎng)平臺首選久信。伴隨而來的問題是窖杀，本地事務(wù)方案已經(jīng)無法滿足，分布式事務(wù)相關(guān)規(guī)范和框架應(yīng)運而生裙士。

在這種情況下入客，大型廠商根據(jù)分布式事務(wù)實現(xiàn)規(guī)范，實現(xiàn)了不同的分布式框架腿椎，以簡化業(yè)務(wù)開發(fā)者處理分布式事務(wù)相關(guān)工作桌硫，讓開發(fā)者專注于核心業(yè)務(wù)開發(fā)。

Seata就是這么一個分布式事務(wù)處理框架啃炸，Seata是由阿里開源铆隘，前身為Fescar，經(jīng)過品牌升級變身Seata南用。

二膀钠、分布式事務(wù)規(guī)范

1.分布式事務(wù)相關(guān)概念

事務(wù)：一個程序執(zhí)行單元，是用戶定義的一組操作序列裹虫，需要滿足ACID屬性肿嘲。

本地事務(wù)：事務(wù)由本地資源管理器管理迹缀。

分布式事務(wù)：事務(wù)的操作位于不同的節(jié)點磷雇。

分支事務(wù)：在分布式事務(wù)中，由資源管理器管理的本地事務(wù)票腰。

全局事務(wù)：一次性操作多個資源管理器完成的事務(wù)匣屡，由一組分支事務(wù)組成封救。

2. 分布式事務(wù)實現(xiàn)規(guī)范

對于本地事務(wù)，可以借助DBMS系統(tǒng)來實現(xiàn)事務(wù)的管理捣作，但是對于分布式事務(wù)誉结，它就無能為力了。對于分布式事務(wù)虾宇，目前主要有2種思路：XA協(xié)議的強一致規(guī)范以及柔性事務(wù)的最終一致性規(guī)范。

2.1 XA

XA是基于2階段提交協(xié)議設(shè)計的接口標準如绸，實現(xiàn)了XA規(guī)范的資源管理器就可以參與XA全局事務(wù)嘱朽。應(yīng)用承擔事務(wù)管理器TM工作，數(shù)據(jù)庫承擔資源管理器RM工作怔接，TM生成全局事務(wù)id搪泳，控制RM的提交和回滾。

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2.2 柔性事務(wù)的最終一致性

該規(guī)范主要有3種實現(xiàn)方式扼脐，TCC岸军、MQ事務(wù)消息奋刽、本地消息表。（還存在其他一些不常用實現(xiàn)方式如Saga）艰赞。

TCC：try/confirm/cancel佣谐，在try階段鎖定資源，confirm階段進行提交方妖，資源鎖定失敗執(zhí)行cancel階段釋放資源狭魂。

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MQ事務(wù)消息：前提消息系統(tǒng)需要支持事務(wù)如RocketMQ，在本地事務(wù)執(zhí)行前党觅，發(fā)送事務(wù)消息prepare雌澄，本地事務(wù)執(zhí)行成功，發(fā)送事務(wù)消息commit杯瞻，實現(xiàn)分布式事務(wù)最終一致性镐牺。如果事務(wù)消息commit失敗，RocketMQ會回查消息發(fā)送者確保消息正常提交魁莉，如果步驟5執(zhí)行失敗睬涧，進行重試，達到最終一致性沛厨。

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本地消息表：跟MQ事務(wù)消息類似宙地，區(qū)別在于MQ不支持事務(wù)消息，需要借助本地數(shù)據(jù)庫的事務(wù)管理能力逆皮。在步驟1中將需要發(fā)送的消息和本地事務(wù)一起提交到DB宅粥，借助DB的事務(wù)管理確保消息持久化。步驟2應(yīng)用通過本地消息表掃描电谣，重試發(fā)送秽梅，確保消息可以發(fā)送成功。

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三剿牺、Seata 架構(gòu)

1. ****系統(tǒng)組成

Seata有三個核心組件：

• Transaction Coordinator(TC企垦，事務(wù)協(xié)調(diào)器)

  維護全局事務(wù)和分支事務(wù)的狀態(tài)，驅(qū)動全局事務(wù)提交或回滾晒来。

• Transaction Manager(TM钞诡，事務(wù)管理器)

  定義全局事務(wù)的范圍，開始事務(wù)湃崩、提交事務(wù)荧降、回滾事務(wù)。

• Resource Manager(RM攒读，資源管理器)：

  管理分支事務(wù)上的資源朵诫，向TC注冊分支事務(wù)，匯報分支事務(wù)狀態(tài)薄扁，驅(qū)動分支事務(wù)的提交或回滾剪返。

三個組件相互協(xié)作废累，TC 以 Server 形式獨立部署，TM和RM集成在應(yīng)用中啟動脱盲，其整體交互如下：

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2.工作模式

Seata 支持四種工作模式：

2.1 AT（Auto Transaction）

AT模式是Seata默認的工作模式邑滨。需要基于支持本地 ACID 事務(wù)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，Java 應(yīng)用宾毒，通過 JDBC 訪問數(shù)據(jù)庫驼修。

2.1.1 整體機制

該模式是XA協(xié)議的演變，XA協(xié)議是基于資源管理器實現(xiàn)诈铛，而AT并不是如此乙各。AT的2個階段分別是：

• 一階段：業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和回滾日志記錄在同一個本地事務(wù)中提交，釋放本地鎖和連接資源幢竹。

• 二階段：提交異步化耳峦，非常快速地完成焕毫；回滾通過一階段的回滾日志進行反向補償蹲坷。

下圖中，步驟1開啟全局事務(wù)邑飒；步驟2注冊分支事務(wù)循签，這里對應(yīng)著一階段；步驟3提交或者回滾分支事務(wù)疙咸，對應(yīng)著二階段县匠。

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2.1.2 特點

• 優(yōu)點：對代碼無侵入；并發(fā)度高撒轮，本地鎖在一階段就會釋放乞旦；不需要數(shù)據(jù)庫對XA協(xié)議的支持。

• 缺點：只能用在支持ACID的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫题山；SQL解析還不能支持全部語法兰粉。

2.2 TCC

該模式工作分為三個階段：prepare/commit/cancel。

2.2.1 整體機制

• TM向TC申請全局事務(wù)XID顶瞳，傳播給各個子調(diào)用玖姑。

• 子調(diào)用的所在TM向TC注冊分支事務(wù)，并執(zhí)行本地prepare慨菱，并向TC報告執(zhí)行結(jié)果焰络。

• TC根據(jù)各分支事務(wù)的執(zhí)行結(jié)果確定二階段是執(zhí)行commit或rollback。

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2.2.2 特點

• 優(yōu)點：不依賴本地事務(wù)抡柿。

• 缺點：回滾邏輯依賴手動編碼舔琅；業(yè)務(wù)侵入性較大等恐。

2.3 Saga 模式

2.3.1 Saga 是什么洲劣？

1987年普林斯頓大學的Hector Garcia-Molina和Kenneth Salem發(fā)表了一篇Paper Sagas备蚓，講述的是如何處理long lived transaction（長活事務(wù)）。Saga是一個長活事務(wù)可被分解成可以交錯運行的子事務(wù)集合囱稽。論文見這里郊尝。

簡單來說，Saga將一個長事務(wù)（T）分解成一系列Sub事務(wù)（Ti）战惊，每個Sub事務(wù)都有對應(yīng)的補償動作（Ci）流昏，用于撤銷Ti事務(wù)產(chǎn)生的影響。Sub事務(wù)是直接提交到庫吞获，在出現(xiàn)異常時况凉，逆向進行補償。

因此Saga事務(wù)的組成有2種：

• T1, T2, T3, ..., Tn

• T1, T2, ..., Tj, Cj,..., C2, C1各拷，其中0 < j < n

第一種就是正常提交的情況刁绒，第二種在提交Tj事務(wù)出現(xiàn)異常，開始逆向補償?shù)那闆r烤黍。

Saga模式是Seata提供的長事務(wù)解決方案知市。例如全局事務(wù)中涉及到外部系統(tǒng)，無法管理它的資源管理器速蕊，讓它改造成TCC也不好實行嫂丙，這時就可以采用此類方案。

2.3.2 整體機制

在Saga模式中规哲，業(yè)務(wù)流程中每個參與者都提交本地事務(wù)跟啤，當出現(xiàn)某一個參與者失敗則補償前面已經(jīng)成功的參與者，一階段正向服務(wù)和二階段補償服務(wù)都由業(yè)務(wù)開發(fā)實現(xiàn)媳叨。

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上圖中對于多個分支事務(wù)腥光，省略了多次出現(xiàn)的 2.* 步驟。對于全局事務(wù)執(zhí)行過程中業(yè)務(wù)應(yīng)用宕機情況糊秆，業(yè)務(wù)應(yīng)用集群中對等節(jié)點會通過從TC獲取相關(guān)會話武福，從DB加載詳細信息來恢復(fù)狀態(tài)機。

2.3.3 特點

• 優(yōu)點：一階段提交本地事務(wù)痘番，無鎖捉片，高性能；事件驅(qū)動架構(gòu)汞舱，參與者可異步執(zhí)行伍纫，高吞吐；補償服務(wù)易于實現(xiàn)昂芜。

• 缺點：不保證隔離性莹规。

2.4 XA模式

XA是基于二階段提交設(shè)計的接口標準。對于支持XA的資源管理器泌神，借助Seata框架的XA模式良漱，會使XA方案更簡單易用舞虱。使用前提：需要分支數(shù)據(jù)庫支持XA 事務(wù)，應(yīng)用為 Java應(yīng)用母市，且使用JDBC訪問數(shù)據(jù)庫矾兜。

2.4.1 整體機制

在 Seata 定義的分布式事務(wù)框架內(nèi)，利用事務(wù)資源（數(shù)據(jù)庫患久、消息服務(wù)等）對 XA 協(xié)議的支持椅寺，以 XA 協(xié)議的機制來管理分支事務(wù)的一種 事務(wù)模式。

• 執(zhí)行階段：業(yè)務(wù)sql在XA分支中執(zhí)行蒋失，由分支事務(wù)的RM管理器管理返帕，然后執(zhí)行XA prepare。

• 完成階段：TM根據(jù)各個分支執(zhí)行結(jié)果通過TC通知各個分支執(zhí)行XA commit或者XA rollback篙挽。

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2.4.2 ****特點

• 優(yōu)點：繼承了XA協(xié)議的優(yōu)勢溉旋，事務(wù)具有強一致性。

• 缺點：同樣繼承了XA協(xié)議的劣勢嫉髓，由于分支事務(wù)長時間開啟观腊，并發(fā)度低。

2.5 Seata 各模式對比

分布式事務(wù)方案沒有銀彈算行，根據(jù)自己的業(yè)務(wù)特性選擇合適的模式梧油。例如追求強一致性，可以選擇AT和XA州邢，存在和外部系統(tǒng)對接儡陨，可以選擇Saga模式，不能依賴本地事務(wù)量淌，可以采用TCC等等骗村。結(jié)合各模式的優(yōu)缺點進行選擇。

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四呀枢、AT 模式核心實現(xiàn)

鑒于Seata支持的模式較多胚股，而其默認的模式是AT，為節(jié)省篇幅裙秋，以下圍繞AT模式分析其相關(guān)的核心模塊實現(xiàn)琅拌。

1. 事務(wù)協(xié)調(diào)器的啟動

TC（事務(wù)協(xié)調(diào)器）以獨立的服務(wù)啟動，作為Server摘刑，維護全局事務(wù)和分支事務(wù)的狀態(tài)进宝，驅(qū)動全局事務(wù)提交或回滾。下面是TC的啟動流程：

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2. ****事務(wù)管理器的啟動

TM（事務(wù)管理器）集成在應(yīng)用中啟動枷恕，負責定義全局事務(wù)的范圍党晋，開始事務(wù)、提交事務(wù)、回滾事務(wù)未玻。
TM所在應(yīng)用中需要配置GlobalTransactionScannerbean漏益，在應(yīng)用啟動時會進行如下初始化流程：

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3. 資源管理器的啟動

RM（資源管理器）集成在應(yīng)用中啟動，負責管理分支事務(wù)上的資源深胳，向TC注冊分支事務(wù)，匯報分支事務(wù)狀態(tài)铜犬，驅(qū)動分支事務(wù)的提交或回滾舞终。
RM所在的應(yīng)用中除了需要跟TM一樣配置GlobalTransactionScanner以啟動RMClient，還需要配置DataSourceProxy癣猾，以實現(xiàn)對數(shù)據(jù)源訪問代理敛劝。該數(shù)據(jù)源代理實現(xiàn)了sql的解析 → 生成undo-log → 業(yè)務(wù)sql和undo-log一并本地提交等操作。

4. 全局事務(wù)的工作流程

下面以一個簡單的例子來說明全局事務(wù)的工作原理：

• BusinessService：發(fā)起購買服務(wù)

• StorageService：庫存管理服務(wù)

購買操作實現(xiàn)在businessService.purchase中纷宇，purchase方法實現(xiàn)上通過GlobalTransaction注解夸盟，通過Dubbo服務(wù)，調(diào)用了庫存服務(wù)deduct方法方法像捶，樣例如下：

@GlobalTransactional(timeoutMills = 300000, name = "dubbo-demo-tx")
public void purchase(String userId, String commodityCode, int orderCount) {
    storageService.deduct(commodityCode, orderCount);
    // throw new RuntimeException("xxx");
}

4.1 成功的全局事務(wù)處理流程

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4.2 成功的全局事務(wù)處理流程

這里設(shè)定BusinessService在成功調(diào)用StorageService后上陕，本地出現(xiàn)異常。

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5. 寫隔離實現(xiàn)

全局事務(wù)未提交拓春，分支事務(wù)本地已經(jīng)提交的情況下（假設(shè)修改了資源A）释簿，如何避免其他事務(wù)在此時修改資源A？Seata采用全局鎖來實現(xiàn)硼莽，其流程如下：

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6. 讀隔離實現(xiàn)

在數(shù)據(jù)庫本地隔離級別為讀已提交或以上的基礎(chǔ)上庶溶，Seata提供了讀未提交，這個很好理解懂鸵，全局事務(wù)提交前分支事務(wù)本地已經(jīng)提交偏螺。如果想要實現(xiàn)讀已提交，則需要在select語句上加for update匆光。

五套像、總結(jié)

Seata是Java領(lǐng)域很強大的分布式事務(wù)框架，其支持了多種模式终息。其中默認支持的AT模式凉夯，相比于傳統(tǒng)的2PC協(xié)議（基于數(shù)據(jù)庫的XA協(xié)議），很好地解決了2PC長期鎖資源的問題采幌，提高了并發(fā)度劲够。Seata支持的各個模式中，AT模式對業(yè)務(wù)零入侵實現(xiàn)分布式事務(wù)休傍，對于開發(fā)者更加友好征绎。另外Seata的Server在選擇合適的存儲介質(zhì)時可以進行集群模式，減少單點故障影響。

本文主要參考官網(wǎng)和部分博客人柿，同時閱讀了AT模式實現(xiàn)源碼柴墩，如果有不對的地方，望指出凫岖，一起討論交流江咳。

六、參考

• Seata的Saga模式

• 根據(jù)GlobalTransactional注解生成代理類

• Seata項目地址

• Seata使用

作者：vivo官網(wǎng)商城開發(fā)團隊