初識(shí)Open/X XA

XA是DTP的一部分接口規(guī)范司顿。

Distributed Transaction Processing（DTP）

DTP是一種實(shí)現(xiàn)分布式事務(wù)處理系統(tǒng)的概念模型，OSI和Open/X都有正式文檔來定義它：

• X/Open Guide, Distributed Transaction Processing Reference Model, X/Open Company Ltd., October 1991.
• The ISO/IEC Open Systems Interconnection (OSI) Distributed Transaction Processing (DTP) standard.
• ISO/IEC DIS 10026-1 (1991) (model)
• ISO/IEC DIS 10026-2 (1991) (service)
• ISO/IEC DIS 10026-3 (1991) (protocol)

為了簡(jiǎn)化理解蚓让，我們只考慮它的靜態(tài)結(jié)構(gòu)。在DTP的經(jīng)典結(jié)構(gòu)圖（下圖）中，整套系統(tǒng)由三種角色構(gòu)成。

DTP diagram

• 應(yīng)用程序（Application Program鉴嗤，AP）

  這個(gè)角色要做兩件事情，一方面是定義構(gòu)成整個(gè)事務(wù)所需要的所有操作序调，另一方面是親自訪問資源節(jié)點(diǎn)來執(zhí)行操作醉锅。

The AP defines ** transactions ** and accesses ** resources **
within transaction boundaries.

• 資源管理器（Resource Managers，RM）

  這個(gè)角色是管理著某些共享資源的自治域发绢，比如說一個(gè)MySQL數(shù)據(jù)庫實(shí)例硬耍。在DTP里面，還有兩個(gè)要求边酒，一是RM自身必須是支持事務(wù)的经柴，二是RM能夠根據(jù)
  將全局（分布式）事務(wù)標(biāo)識(shí)定位到自己內(nèi)部的對(duì)應(yīng)事務(wù)。

Every RM in the DTP environment must support transactions as
described in Section 2.2.1 on page 4
An RM is responsible for mapping its recoverable units of work to
the global transaction

• 事務(wù)管理器（Transaction Manager墩朦，TM）

  這個(gè)角色能與AP和RM直接通信坯认，協(xié)調(diào)AP和RM來實(shí)現(xiàn)分布式事務(wù)的完整性。主要的工作是提供AP注冊(cè)全局事務(wù)的接口氓涣，頒發(fā)全局事務(wù)標(biāo)識(shí)（GTID之類 的）牛哺，存儲(chǔ)/管理全局事務(wù)的內(nèi)容和決策并指揮RM做commit/rollback。

XA在哪里劳吠？XA是RM和TM的交互規(guī)范和接口定義

eXtended Architecture（XA）

TM和RM們之間使用的是上文提到的《ISO/TEC DIS 10026-1 (1991) (model)》所定義的二階段提交引润。在XA規(guī)范的描述中，兩階段提交TM協(xié)調(diào)RM們完成已定義的全局事務(wù)的方法痒玩，AP找TM申請(qǐng)/注冊(cè)全局事務(wù)的動(dòng)作并不是二階段提交的保障內(nèi)容淳附。

二階段提交（two-phase commit）

對(duì)于單個(gè)全局（分布式）事務(wù)，在DTP環(huán)境中蠢古，二階段提交流程大致如下：

1. 第一階段（Phase 1）

TM請(qǐng)求所有RM進(jìn)行準(zhǔn)備（prepare commit, or prepare）燃观，并告知它們各自需要做的局部事務(wù)（transaction branche）。RM收到請(qǐng)求后便瑟，如果判斷可以完成自己的局部事務(wù)，那就持久化局部事務(wù)的工作內(nèi)容番川，再給TM肯定答復(fù)到涂；要是發(fā)生了其他情況脊框，那給TM的都是否定答復(fù)。在發(fā)送了否定答復(fù)并回滾了局部事務(wù)之后践啄，RM才能丟棄持久化了的局部事務(wù)信息浇雹。

2. 第二階段（Phase 2）

TM根據(jù)情況（比如說所有RM都prepare成功，或者屿讽，AP通知它要rollback等）昭灵，先持久化它對(duì)這個(gè)全局事務(wù)的處理決定和所涉及的RM清單，然后通知所有涉及的RM去提交（commit）或者回滾（rollback）它們的局部事務(wù)伐谈。RM們處理完自己的局部事務(wù)后烂完，將返回值告訴TM之后，TM才可以清除掉包括剛才持久化的處理決定和RM清單在內(nèi)的這個(gè)全局事務(wù)的信息诵棵。

兩階段提交的協(xié)議層面優(yōu)化

• 只讀斷言

  在Phase 1中抠蚣，RM可以斷言“我這邊不涉及數(shù)據(jù)增刪改”來答復(fù)TM的prepare請(qǐng)求，從而讓這個(gè)RM脫離當(dāng)前的全局事務(wù)履澳，從而免去了Phase 2嘶窄。

  這種優(yōu)化發(fā)生在其他RM都完成prepare之前的話，使用了只讀斷言的RM早于AP其他動(dòng)作（比如說這個(gè)RM返回那些只讀數(shù)據(jù)給AP）前距贷，就釋放了相關(guān)數(shù)據(jù)的上下文（比如讀鎖之類的）柄冲，這時(shí)候其他全局事務(wù)或者本地事務(wù)就有機(jī)會(huì)去改變這些數(shù)據(jù)，結(jié)果就是無法保障整個(gè)系統(tǒng)的可序列化特性——通俗點(diǎn)說那就會(huì)有臟讀的風(fēng)險(xiǎn)忠蝗。

• 一階段提交（one-phase commit）

  如果需要增刪改的數(shù)據(jù)都在同一個(gè)RM上现横，TM可以使用一階段提交——跳過兩階段提交中的Phase 1，直接執(zhí)行Phase 2什湘。

  但這種優(yōu)化的本質(zhì)是跳過Phase 1长赞，這種情況下，RM自行決定了整個(gè)局部事務(wù)的結(jié)果闽撤，并且在答復(fù)TM前就清除掉局部事務(wù)（因?yàn)镻hase 2中RM應(yīng)答完請(qǐng)求后得哆，TM就沒有必要去聯(lián)系它了），這樣TM就沒有必要去持久化使用了這種優(yōu)化的全局事務(wù)哟旗，也導(dǎo)致在某些系統(tǒng)故障（比如說由于網(wǎng)絡(luò)通信抖動(dòng)贩据，TM沒收到RM的回復(fù)）時(shí)，TM可能會(huì)完全不知道這類事務(wù)的執(zhí)行結(jié)果闸餐。

使用X/Open XA接口描述的二階段提交

X/Open的XA接口分為兩類：

• 一類是ax_開頭的饱亮，只有ax_reg()和ax_unreg()兩個(gè)，由TM提供給RM調(diào)用舍沙，從而支撐起RM加入/退出集群時(shí)的動(dòng)態(tài)注冊(cè)機(jī)制

• 另一類是xa_開頭的近上，由RM提供給TM調(diào)用，用于實(shí)現(xiàn)二階段提交中的各種事務(wù)提交拂铡、恢復(fù)功能

  下面是使用這些接口來描述的二階段提交的一個(gè)流程示意圖：

Descript 2PC with XA interface

1. 在開始一個(gè)全局事務(wù)之前壹无，涉及的RM必須通過ax_regr()葱绒，向TM注冊(cè)以加入集群；對(duì)應(yīng)的斗锭，在沒有事務(wù)需要處理的時(shí)候地淀，RM可以通過ax_unreg()向TM要求注銷，離開集群岖是。

2. TM在對(duì)一個(gè)RM執(zhí)行xa_開頭的具體操作前帮毁，必須先通過xa_open()打開這個(gè)RM（本質(zhì)是建立對(duì)話）——這其實(shí)也是分配XID的一個(gè)行為；與之相應(yīng)的豺撑，TM執(zhí)行xa_close()來關(guān)閉RM烈疚。

3. TM對(duì)RM調(diào)用的xa_start()和xa_stop()這對(duì)組合，一般用于標(biāo)記局部事務(wù)的開頭和結(jié)尾前硫。這里需要注意的有三點(diǎn)：

4. 對(duì)于同一個(gè)RM胞得，根據(jù)全局事務(wù)的要求，可以前后執(zhí)行多對(duì)組合——俾如說屹电，先標(biāo)記一個(gè)流水賬INSERT的局部事務(wù)操作阶剑，然后再標(biāo)記賬戶UPDATE的局部事務(wù)操作。

5. TM執(zhí)行該組合只是起到標(biāo)記事務(wù)的作用危号，具體的業(yè)務(wù)命令是由AP交給RM的牧愁。

6. 該組合除了執(zhí)行這些標(biāo)記工作外，其實(shí)還能在RM中實(shí)現(xiàn)多線程的join/suspend/resume管理外莲。

7. TM調(diào)用RM的xa_prepare()來進(jìn)行第一階段猪半，調(diào)用xa_commit()或xa_rollback()執(zhí)行第二階段。

XA接口清單

規(guī)范中使用ISO C描述了一個(gè)xa.h的頭文件偷线，給出了XA接口的定義磨确。

• ax_XXX接口

• ax_reg
  向一個(gè)TM注冊(cè)一個(gè)RM

• ax_unreg
  向一個(gè)TM注銷一個(gè)RM

• xa_XXX接口

• xa_close
  停止當(dāng)前AP對(duì)某個(gè)RM的使用

• xa_commit
  通知RM去提交局部事務(wù)（第二階段）

• xa_complete
  詢問指定的異步xa_操作是否完成

• xa_end
  解除線程與局部事務(wù)的關(guān)聯(lián)

• xa_forget
  RM存在一種優(yōu)化方式，就是在第一階段進(jìn)行先行完成（heuristiccally complete）局部事務(wù)声邦，從而盡早釋放資源（如釋放鎖等）乏奥，但保留局部事務(wù)回滾能力與全局事務(wù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系等事務(wù)元數(shù)據(jù)；如果全局事務(wù)成功的話亥曹，TM通過這個(gè)接口許可RM廢棄這個(gè)事務(wù)的事務(wù)元數(shù)據(jù)

• xa_open
  初始化某個(gè)RM給當(dāng)前AP使用

• xa_prepare
  通知目標(biāo)RM進(jìn)行第一階段工作

• xa_recover
  獲取指定RM上已完成了第一階段或者先行完成的XID清單

• xa_rollback
  通知指定RM回滾指定的局部事務(wù)

• xa_start
  啟動(dòng)或恢復(fù)RM上的局部事務(wù)邓了，換句話說，TM告訴這個(gè)RM媳瞪，它后面的工作都與它現(xiàn)在給的XID相關(guān)骗炉。

參考

Distributed Transaction Processing: The XA Specification