本文作者：羅海鵬召衔，叩丁狼高級(jí)講師铃诬。原創(chuàng)文章，轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處苍凛。
前言
??工欲善其事必先利其器，既然我們決定要做一個(gè)分布式事務(wù)框架醇蝴，那首先需要了解一下宣肚，分布式事務(wù)是怎么回事，它跟傳統(tǒng)的本地事務(wù)有什么區(qū)別悠栓，解決方案有哪些霉涨，每種解決方案的對(duì)比等等。
本地事務(wù)
??在了解分布式事務(wù)之前惭适，先回顧一下本地事務(wù)笙瑟，顧名思義，本地事務(wù)就是在同一個(gè)JVM中癞志，一個(gè)開(kāi)啟了事務(wù)的業(yè)務(wù)方法就是本地事務(wù)往枷。而這一個(gè)開(kāi)啟了事務(wù)的業(yè)務(wù)方法里面的操作要么全部執(zhí)行成功，要么全部執(zhí)行失敗凄杯，不允許只成功一半另外一半執(zhí)行失敗的事情發(fā)生错洁。例如該業(yè)務(wù)方法中，有兩次數(shù)據(jù)庫(kù)更新操作戒突，那么這兩次數(shù)據(jù)庫(kù)操作要么全部執(zhí)行成功屯碴，要么全部回滾。使用專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)來(lái)講的話(huà)膊存，就是事務(wù)的4個(gè)基本特性：Atomicity（原子性）导而、Consistency（一致性）忱叭、Isolation（隔離性）、Durablity（持久性）嗡载，統(tǒng)稱(chēng)ACID窑多，這里簡(jiǎn)單的對(duì)ACID做一個(gè)概念的說(shuō)明，當(dāng)作是做個(gè)筆記：
- Atomicity（原子性）
是指事務(wù)的操作如果成功就必須要完全應(yīng)用到數(shù)據(jù)庫(kù)洼滚，如果操作失敗則不能對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)有任何影響。通俗的說(shuō)技潘，就是所有操作要么全部成功遥巴，要么全部失敗回滾。 - Consistency（一致性）
是指事務(wù)執(zhí)行前后享幽，數(shù)據(jù)從一個(gè)狀態(tài)到另一個(gè)狀態(tài)必須是一致的铲掐，比如A向B轉(zhuǎn)賬（A、B的總金額就是一個(gè)一致性狀態(tài)）值桩，不可能出現(xiàn)A扣了錢(qián)摆霉，B卻沒(méi)收到的情況發(fā)生。 - Isolation（隔離性）
是指當(dāng)多個(gè)用戶(hù)并發(fā)訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)奔坟，比如操作同一張表時(shí)携栋，數(shù)據(jù)庫(kù)為每一個(gè)用戶(hù)開(kāi)啟的事務(wù)，不能被其他事務(wù)的操作所干擾咳秉，多個(gè)并發(fā)事務(wù)之間要相互隔離婉支。這里涉及到數(shù)據(jù)庫(kù)的隔離級(jí)別的概念，不是我們討論的主題澜建，不詳細(xì)展開(kāi)向挖，大家可以自行查閱相關(guān)資料。 - Durablity（持久性）
是指一個(gè)事務(wù)一旦被提交了炕舵，那么對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)的改變就是永久性的何之，即便是在數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)遇到故障的情況下也不會(huì)丟失提交事務(wù)的操作。
分布式事務(wù)
??通過(guò)以上的回顧我們知道咽筋，本地事務(wù)對(duì)于我們來(lái)說(shuō)不是什么問(wèn)題溶推，因?yàn)槲覀兛梢灾苯邮褂脭?shù)據(jù)庫(kù)的事務(wù)支持，比如mysql晤硕、oracle這些數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)事務(wù)都有很好的支持悼潭。但是，對(duì)于分布式應(yīng)用來(lái)說(shuō)的話(huà)舞箍，事務(wù)就沒(méi)有那么簡(jiǎn)單了舰褪，因?yàn)樾枰_(kāi)啟事務(wù)的業(yè)務(wù)方法，很可能是分布在不同應(yīng)用程序中疏橄，這就說(shuō)明占拍，大家不在同一個(gè)JVM中略就，事務(wù)空間都不一樣了，那就沒(méi)辦法做到要么全部執(zhí)行成功晃酒，要么全部執(zhí)行失敗了表牢，我們可以看以下分析圖：
??如上圖所示：這是一個(gè)分布式應(yīng)用，完成一個(gè)付款業(yè)務(wù)的操作需要有4個(gè)微服務(wù)參與贝次，大家都獨(dú)立運(yùn)行在自己的JVM中崔兴，其中，訂單系統(tǒng)蛔翅、商品系統(tǒng)和會(huì)員系統(tǒng)是服務(wù)提供者敲茄，有自己對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)。
??客戶(hù)端應(yīng)用在發(fā)起了付款請(qǐng)求時(shí)山析，調(diào)用了訂單系統(tǒng)的支付業(yè)務(wù)makePayment堰燎，而makePayment方法中，又調(diào)用了遠(yuǎn)程商品系統(tǒng)的decrease方法和遠(yuǎn)程會(huì)員系統(tǒng)的payment方法笋轨，分別做減庫(kù)存和扣余額的操作秆剪，那現(xiàn)在就有兩種情況了：
??第一種情況是流程正常執(zhí)行，各個(gè)業(yè)務(wù)參與者都沒(méi)有異常爵政，萬(wàn)事大吉仅讽。
??第二種情況是其中有一個(gè)業(yè)務(wù)參與者出現(xiàn)異常了，按照我們上面對(duì)本地事務(wù)的理解茂卦，它們應(yīng)該要做到要么全部執(zhí)行成功何什，要么全部執(zhí)行失敗了，這樣才能確保數(shù)據(jù)一致性等龙。但現(xiàn)在這個(gè)不是單體應(yīng)用处渣，而是分布式應(yīng)用，原本一個(gè)本地邏輯執(zhí)行單元被拆分到了多個(gè)獨(dú)立的微服務(wù)中蛛砰，這些微服務(wù)又分別操作不同的數(shù)據(jù)庫(kù)和表罐栈，服務(wù)之間通過(guò)網(wǎng)絡(luò)調(diào)用。所以這就沒(méi)辦法確保要么全部執(zhí)行成功泥畅，要么全部執(zhí)行失敗了荠诬，因?yàn)槲以趺粗肋h(yuǎn)程的服務(wù)是否執(zhí)行成功呢。
??所以位仁，現(xiàn)在的問(wèn)題就出現(xiàn)了柑贞，我們不能再用單體應(yīng)用的那種事務(wù)方式，套用在分布式應(yīng)用中了聂抢，必須要思考用什么樣的解決方案來(lái)控制分布式應(yīng)用的事務(wù)問(wèn)題钧嘶。這就是“分布式事務(wù)”。
分布式事務(wù)的解決方案
分布式事務(wù)的解決方案有很多琳疏，但可以具體歸納為兩種：
- 強(qiáng)一致性事務(wù)
強(qiáng)一致性事務(wù)的代表就是XA事務(wù)協(xié)議了有决，它由Oracle Tuxedo提出闸拿，把分散到各個(gè)JVM中的事務(wù)資源，又整合為全局事務(wù)統(tǒng)一管理了书幕。 - 柔性事務(wù)
而柔性事務(wù)并沒(méi)有像強(qiáng)一致性事務(wù)那樣整合為全局事務(wù)新荤，但其目的都是確保分布式事務(wù)最終一致性的。柔性事務(wù)又可以細(xì)分為T(mén)CC事務(wù)和可靠消息事務(wù)台汇，這兩種分布式事務(wù)處理方式不一樣苛骨，接下來(lái)我們具體分析一下這幾種分布式事務(wù)解決方案的實(shí)現(xiàn)原理。
XA事務(wù)協(xié)議
??XA是一個(gè)分布式事務(wù)協(xié)議苟呐，XA中大致分為兩部分：事務(wù)管理器和本地資源管理器智袭。其中本地資源管理器往往由數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)，比如Oracle掠抬、DB2這些商業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)都實(shí)現(xiàn)了XA接口，MySQL5.7之后也支持XA分布式事務(wù)校哎。而事務(wù)管理器作為全局的調(diào)度者两波，負(fù)責(zé)各個(gè)本地資源的提交和回滾。
??XA分布式事務(wù)協(xié)議的工作原理是：把各個(gè)微服務(wù)中的本地資源交給一個(gè)統(tǒng)一的事務(wù)管理器管理闷哆，事務(wù)管理器可以看做是事務(wù)協(xié)調(diào)者的角色（coordinator）腰奋，各個(gè)本地資源管理器可以看做是事務(wù)參與者的角色（partcipant）。各個(gè)事務(wù)參與者之間不能直接通訊抱怔，而是通過(guò)事務(wù)協(xié)調(diào)者間接通訊劣坊，通俗來(lái)說(shuō)，服務(wù)A怎么知道服務(wù)B是否執(zhí)行成功屈留？就是由事務(wù)協(xié)調(diào)者轉(zhuǎn)告各個(gè)事務(wù)參與者了局冰。通過(guò)以下分析圖，看看XA實(shí)現(xiàn)分布式事務(wù)的流程：
??以上就是XA分布式事務(wù)執(zhí)行流程灌危，加入了全局的事務(wù)管理器作為協(xié)調(diào)者康二，在接收到發(fā)起帶事務(wù)的業(yè)務(wù)方法后，發(fā)送prepare到各個(gè)事務(wù)參與者勇蝙，各個(gè)事務(wù)參與者接收到prepare后沫勿，開(kāi)啟本地事務(wù)being，并執(zhí)行本地業(yè)務(wù)流程味混，如果流程正常運(yùn)行产雹，則返回ready結(jié)果給事務(wù)協(xié)調(diào)者，告知準(zhǔn)備就緒了翁锡，這時(shí)蔓挖，如果各個(gè)事務(wù)參與者返回的結(jié)果都是ready，那么事務(wù)協(xié)調(diào)者就會(huì)再次發(fā)送一個(gè)全局事務(wù)提交global_commit的消息到各個(gè)事務(wù)參與者盗誊，最后时甚，各個(gè)事務(wù)參與者受到global_commit后隘弊，提交本地事務(wù)commit。
??這是業(yè)務(wù)流程正常執(zhí)行的情況荒适，那如果因?yàn)榱鞒逃挟惓＞妥呷缦铝鞒蹋菏聞?wù)協(xié)調(diào)者還是發(fā)送prepare到各個(gè)事務(wù)參與者梨熙，事務(wù)參與者接收到prepare后，開(kāi)啟本地事務(wù)begin刀诬，接著執(zhí)行業(yè)務(wù)流程咽扇，此時(shí)，如果有某個(gè)事務(wù)參與者執(zhí)行業(yè)務(wù)報(bào)錯(cuò)陕壹，返回異常abort給事務(wù)協(xié)調(diào)者质欲，事務(wù)協(xié)調(diào)者會(huì)再次發(fā)送全局回滾global_rollback給各個(gè)事務(wù)參與者，事務(wù)參與者接受到global_rollback后糠馆，開(kāi)始回滾本地事務(wù)rollback嘶伟，即便是流程正常執(zhí)行的也要回滾掉，這樣就能確保要么一起成功又碌，要么一起失敗九昧。
??總的來(lái)說(shuō)，XA協(xié)議比較簡(jiǎn)單毕匀，而且一旦商業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)了XA協(xié)議铸鹰，使用分布式事務(wù)的成本也比較低。但是皂岔，XA也有致命的缺點(diǎn)蹋笼，那就是性能不理想，特別是在并發(fā)量很高的情況下躁垛，會(huì)帶來(lái)性能瓶頸剖毯，因?yàn)楦鶕?jù)以上執(zhí)行流程圖的分析可知，在全局事務(wù)管理器向各個(gè)事務(wù)參與者發(fā)送prepare時(shí)缤苫，是需要鎖住資源的速兔，也就是此時(shí)，所有相關(guān)連的微服務(wù)都處于阻塞狀態(tài)活玲，需要等到所有事務(wù)參與者返回最終處理結(jié)構(gòu)涣狗，才能釋放鎖，所以XA無(wú)法滿(mǎn)足高并發(fā)場(chǎng)景舒憾。其次镀钓，XA目前在數(shù)據(jù)庫(kù)的支持上不太理想，mysql5.7之前是不支持的镀迂，并且還有許多nosql也沒(méi)有支持XA丁溅，而大多數(shù)新型的互聯(lián)網(wǎng)微服務(wù)應(yīng)用都會(huì)使用各種nosql數(shù)據(jù)庫(kù)，所以這就導(dǎo)致了XA的應(yīng)用場(chǎng)景變得非常狹隘探遵。
TCC事務(wù)
TCC是Try-Confirm-Cancel的簡(jiǎn)稱(chēng)窟赏。其核心思想是：每個(gè)需要開(kāi)啟分布式事務(wù)的業(yè)務(wù)方法妓柜，都要注冊(cè)一個(gè)與其對(duì)應(yīng)的檢測(cè)、確認(rèn)和撤銷(xiāo)的操作涯穷，如下：
- Try階段：主要是對(duì)業(yè)務(wù)系統(tǒng)做檢測(cè)的操作棍掐，沒(méi)有問(wèn)題就調(diào)用確認(rèn)操作，有問(wèn)題則調(diào)用取消操作拷况。
- Confirm階段：確認(rèn)執(zhí)行業(yè)務(wù)操作作煌。
- Cancel階段：取消執(zhí)行業(yè)務(wù)操作。
具體執(zhí)行流程如下：
??通過(guò)以上的流程赚瘦，我們可以發(fā)現(xiàn)粟誓，TCC的分布式事務(wù)處理與XA的分布式事務(wù)處理流程是非常相似的， 調(diào)用try接口檢查業(yè)務(wù)是否有異常的操作起意，類(lèi)似于XA的prepare預(yù)提交鹰服，如果接口返回正常，則調(diào)用confirm確認(rèn)執(zhí)行業(yè)務(wù)揽咕，操作數(shù)據(jù)获诈。
??那如果其中有一個(gè)事務(wù)參與者在調(diào)用了try接口檢測(cè)后，返回了異常給事務(wù)協(xié)調(diào)者心褐，但是之前很可能已經(jīng)有其他事務(wù)參與者調(diào)用了confirm接口，執(zhí)行業(yè)務(wù)流程操作了數(shù)據(jù)笼踩，那這時(shí)逗爹，事務(wù)協(xié)調(diào)者就需要調(diào)用事務(wù)參與者的cancel接口，撤銷(xiāo)之前修改的數(shù)據(jù)嚎于，達(dá)到類(lèi)似回滾的效果掘而。
??不過(guò)XA是在跨庫(kù)的DB層面，而TCC是應(yīng)用層面于购，需要通過(guò)業(yè)務(wù)邏輯來(lái)實(shí)現(xiàn)分布式事務(wù)袍睡。TCC的實(shí)現(xiàn)方式優(yōu)勢(shì)在于：沒(méi)有項(xiàng)目XA協(xié)議那樣，把分布的資源統(tǒng)一管理肋僧，這就使得分布的資源不會(huì)被加鎖斑胜，從而提高整體的吞吐量，所以這種分布式事務(wù)的解決方案嫌吠，在性能和吞吐量要求高的應(yīng)用使用的還是比較多的止潘。而不足之處則在于對(duì)應(yīng)用的侵入性非常強(qiáng)，業(yè)務(wù)邏輯的每個(gè)分支都需要實(shí)現(xiàn)try辫诅、confirm凭戴、cancel三個(gè)操作。此外炕矮，其實(shí)現(xiàn)難度也比較大么夫，需要按照網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)者冤、系統(tǒng)故障等不同的失敗原因?qū)崿F(xiàn)不同的回滾策略。同時(shí)档痪，confirm和cancel接口還要考慮冪等性的問(wèn)題涉枫，因?yàn)閏onfirm和cancel有可能會(huì)被多次調(diào)用。
可靠消息事務(wù)
??可靠消息事務(wù)全稱(chēng)叫做可靠消息事務(wù)最終一致性钞它，它通常沒(méi)有像前面兩種分布式事務(wù)解決方案那樣有回滾或撤銷(xiāo)數(shù)據(jù)的操作拜银，而更多的是強(qiáng)調(diào)事務(wù)的補(bǔ)償和重試。這里的可靠消息指的是消息隊(duì)列中間件遭垛，消息隊(duì)列其中一個(gè)特點(diǎn)就是消息可靠性尼桶，而該解決方案最終能達(dá)到事務(wù)一致，依靠的核心就是消息隊(duì)列锯仪。先粗略的看看它執(zhí)行流程：
??從以上的執(zhí)行流程可以發(fā)現(xiàn)泵督，各個(gè)事務(wù)參與者都是相對(duì)獨(dú)立的，不管在執(zhí)行業(yè)務(wù)方法的過(guò)程中是否有異常庶喜，整體的業(yè)務(wù)流程都要先跑完小腊，這個(gè)是該解決方案的前提。然后在調(diào)用事務(wù)參與者的業(yè)務(wù)方法的同時(shí)久窟，往消息隊(duì)列發(fā)送事務(wù)相關(guān)的消息秩冈，這樣的話(huà)，出現(xiàn)異常的事務(wù)參與者再?gòu)南㈥?duì)列中獲取消息斥扛，重新執(zhí)行本地的業(yè)務(wù)入问，達(dá)到補(bǔ)償和重試的效果，整個(gè)事務(wù)中稀颁，不管中間有哪些參與者出錯(cuò)芬失，但是最終還是事務(wù)一致的。
??這種解決方案是所有解決方案中最柔性的匾灶，并且靈活度非常高棱烂，可以根據(jù)自己具體的業(yè)務(wù)場(chǎng)景做改變，同時(shí)阶女，對(duì)比TCC來(lái)說(shuō)颊糜，性能和吞吐量更高，并且對(duì)應(yīng)用的侵入性更低秃踩。性能的提高體現(xiàn)在：沒(méi)有了業(yè)務(wù)檢測(cè)的環(huán)節(jié)芭析，跟原本一樣，該怎么調(diào)用遠(yuǎn)程方法就怎么調(diào)用吞瞪，只是增加了一個(gè)往MQ發(fā)送消息的操作馁启，但是該操作是異步的，而且MQ也是具備高吞吐量的特性。而侵入性更低體現(xiàn)在：MQ是中間件惯疙，只需要通過(guò)網(wǎng)絡(luò)來(lái)調(diào)用即可翠勉，我們的業(yè)務(wù)方法并不會(huì)由于分布式事務(wù)解決方案的加入而有太多的改造，加入的代碼更多是以外圍擴(kuò)展霉颠，或者組件的方式加入对碌。
??可靠消息事務(wù)最終一致性的解決方案優(yōu)點(diǎn)很明顯，但缺點(diǎn)也不是沒(méi)有的蒿偎，首先該解決方案設(shè)計(jì)過(guò)于復(fù)雜引镊，組件很多换怖，需要考慮的情況繁雜，實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較困難。其次雨饺，雖然它是最柔性沦偎，最靈活和性能最高的雅镊，但是事務(wù)的原子性和一致性是最弱的稠鼻，因?yàn)檫@種解決方案是以大家都不出錯(cuò)為前提的，如果其中有一個(gè)出錯(cuò)岳瞭，自己通過(guò)補(bǔ)償機(jī)制重新執(zhí)行本地事務(wù)拥娄，但重試的過(guò)程本身就是不確定性的，比如說(shuō)：A轉(zhuǎn)錢(qián)給B瞳筏，A賬戶(hù)扣錢(qián)了稚瘾，但是B賬戶(hù)加錢(qián)時(shí)出錯(cuò)，在該機(jī)制下姚炕，A賬戶(hù)不會(huì)回滾孟抗，而是讓B賬戶(hù)重新嘗試加錢(qián)，那這就產(chǎn)生時(shí)間上的延遲了钻心，很可能等了很久，都沒(méi)見(jiàn)B賬戶(hù)把錢(qián)加上去铅协，或者不斷重試都是失敗的捷沸，最終導(dǎo)致整個(gè)事務(wù)不一致，需要人工處理狐史。
??總的來(lái)說(shuō)痒给，可靠消息事務(wù)最終一致性由于它的事務(wù)原子性和一致性比較弱，所以決定了它在一些事務(wù)ACID要求非常強(qiáng)的應(yīng)用中是不能使用的骏全，否則會(huì)造成很多安全性的問(wèn)題苍柏，但是對(duì)于大多數(shù)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用來(lái)說(shuō)，都是一個(gè)不錯(cuò)的解決方案姜贡。而具體使用哪一種试吁，還是取決于項(xiàng)目的業(yè)務(wù)場(chǎng)景，然后做全面的對(duì)比、考量和取舍熄捍。
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