1. 傳統(tǒng)應(yīng)用的事務(wù)管理

1.1 本地事務(wù)

再介紹微服務(wù)下的數(shù)據(jù)一致性之前，先簡單地介紹一下事務(wù)的背景。傳統(tǒng)單機應(yīng)用使用一個RDBMS作為數(shù)據(jù)源。應(yīng)用開啟事務(wù)啥箭，進行CRUD谍珊，提交或回滾事務(wù)治宣，統(tǒng)統(tǒng)發(fā)生在本地事務(wù)中急侥，由資源管理器（RM）直接提供事務(wù)支持。數(shù)據(jù)的一致性在一個本地事務(wù)中得到保證侮邀。

1.2 分布式事務(wù)

1.2.1 兩階段提交（2PC）

? ? ? ?當(dāng)應(yīng)用逐漸擴展坏怪，出現(xiàn)一個應(yīng)用使用多個數(shù)據(jù)源的情況，這個時候本地事務(wù)已經(jīng)無法滿足數(shù)據(jù)一致性的要求绊茧。由于多個數(shù)據(jù)源的同時訪問铝宵，事務(wù)需要跨多個數(shù)據(jù)源管理，分布式事務(wù)應(yīng)運而生华畏。其中最流行的就是兩階段提交（2PC）鹏秋，分布式事務(wù)由事務(wù)管理器（TM）統(tǒng)一管理。

????兩階段提交分為準(zhǔn)備階段和提交階段亡笑。

兩階段提交-commit

兩階段提交-rollback

? ? ? ?然而兩階段提交也不能完全保證數(shù)據(jù)一致性問題侣夷，并且有同步阻塞的問題，所以其優(yōu)化版本三階段提交（3PC）被發(fā)明了出來仑乌。

1.2.2 三階段提交（3PC）

三階段提交

? ? ? ?然而3PC也只能保證絕大多數(shù)情況下的數(shù)據(jù)一致性百拓。

具體分布式事務(wù)2PC和3PC的詳細介紹請見關(guān)于分布式事務(wù)、兩階段提交協(xié)議晰甚、三階提交協(xié)議

衙传。分布式事務(wù)不是本文的重點，故不展開厕九。

2. 微服務(wù)下的事務(wù)管理

? ? ? ?分布式事務(wù)2PC或者3PC是否適合于微服務(wù)下的事務(wù)管理呢蓖捶？答案是否定的，原因有三點：

? ? ? ?由于微服務(wù)間無法直接進行數(shù)據(jù)訪問扁远，微服務(wù)間互相調(diào)用通常通過RPC（dubbo）或Http API（SpringCloud）進行腺阳，所以已經(jīng)無法使用TM統(tǒng)一管理微服務(wù)的RM。

? ? ? ?不同微服務(wù)使用的數(shù)據(jù)源類型可能完全不同穿香，如果微服務(wù)使用NoSQL之類不支持事務(wù)的數(shù)據(jù)庫亭引，則事務(wù)根本無從談起。

? ? ? ?即使微服務(wù)使用的數(shù)據(jù)源都支持事務(wù)皮获，那么如果使用一個大事務(wù)將許多微服務(wù)的事務(wù)管理起來焙蚓，這個大事務(wù)維持的時間，將比本地事務(wù)長幾個數(shù)量級洒宝。如此長時間的事務(wù)及跨服務(wù)的事務(wù)购公，將為產(chǎn)生很多鎖及數(shù)據(jù)不可用，嚴重影響系統(tǒng)性能雁歌。

? ? ? ?由此可見宏浩，傳統(tǒng)的分布式事務(wù)已經(jīng)無法滿足微服務(wù)架構(gòu)下的事務(wù)管理需求。那么靠瞎，既然無法滿足傳統(tǒng)的ACID事務(wù)比庄，在微服務(wù)下的事務(wù)管理必然要遵循新的法則－－BASE理論求妹。

BASE理論由eBay的架構(gòu)師Dan

? ? ? ?Pritchett提出，BASE理論是對CAP理論的延伸佳窑，核心思想是即使無法做到強一致性制恍，應(yīng)用應(yīng)該可以采用合適的方式達到最終一致性。

BASE是指基本可用（Basically Available）神凑、軟狀態(tài)（ Soft State）净神、最終一致性（ Eventual Consistency）。

基本可用 ：指分布式系統(tǒng)在出現(xiàn)故障的時候溉委，允許損失部分可用性鹃唯，即保證核心可用。

軟狀態(tài) ：允許系統(tǒng)存在中間狀態(tài)瓣喊，而該中間狀態(tài)不會影響系統(tǒng)整體可用性俯渤。分布式存儲中一般一份數(shù)據(jù)至少會有三個副本，允許不同節(jié)點間副本同步的延時就是軟狀態(tài)的體現(xiàn)型宝。

最終一致性 ：最終一致性是指系統(tǒng)中的所有數(shù)據(jù)副本經(jīng)過一定時間后八匠，最終能夠達到一致的狀態(tài)。弱一致性和強一致性相反趴酣，最終一致性是弱一致性的一種特殊情況梨树。

BASE中的 最終一致性?

? ? ? ?是對于微服務(wù)下的事務(wù)管理的根本要求，既基于微服務(wù)的事務(wù)管理無法達到強一致性岖寞，但必須保證最重一致性抡四。那么，有哪些方法可以保證微服務(wù)下的事務(wù)管理的最終一致性呢仗谆，按照實現(xiàn)原理分主要有兩類指巡，事件通知型和補償型，其中事件通知型又可分為可靠事件通知模式及最大努力通知模式隶垮，而補償型又可分為TCC模式藻雪、和業(yè)務(wù)補償模式兩種。這四種模式都可以達到微服務(wù)下的數(shù)據(jù)最終一致性狸吞。

3. 實現(xiàn)微服務(wù)下數(shù)據(jù)一致性的方式

3.1 可靠事件通知模式

3.1.1 同步事件

可靠事件通知模式的設(shè)計理念比較容易理解勉耀，即是主服務(wù)完成后將結(jié)果通過事件（常常是消息隊列）傳遞給從服務(wù)，從服務(wù)在接受到消息后進行消費蹋偏，完成業(yè)務(wù)便斥，從而達到主服務(wù)與從服務(wù)間的消息一致性。首先能想到的也是最簡單的就是同步事件通知威始，業(yè)務(wù)處理與消息發(fā)送同步執(zhí)行枢纠，實現(xiàn)邏輯見下方代碼及時序圖。

public void trans() {

? ? ? ? try {

? ? ? ? // 1. 操作數(shù)據(jù)庫

? ? ? ? ? ? bool result = dao.update(data);// 操作數(shù)據(jù)庫失敗黎棠，會拋出異常

? ? ? ? // 2. 如果數(shù)據(jù)庫操作成功則發(fā)送消息

? ? ? ? ? ? if(result){

? ? ? ? ? ? ? ? mq.send(data);// 如果方法執(zhí)行失敗晋渺，會拋出異常

? ? ? ? ? ? }

? ? ? ? } catch (Exception e) {

? ? ? ? ? ? roolback();// 如果發(fā)生異常镰绎，就回滾

? ? ? ? }

? ? }

上面的邏輯看上去天衣無縫，如果數(shù)據(jù)庫操作失敗則直接退出些举，不發(fā)送消息跟狱；如果發(fā)送消息失敗俭厚，則數(shù)據(jù)庫回滾户魏；如果數(shù)據(jù)庫操作成功且消息發(fā)送成功，則業(yè)務(wù)成功挪挤，消息發(fā)送給下游消費叼丑。然后仔細思考后，同步消息通知有兩點不足的地方扛门。

在微服務(wù)的架構(gòu)下鸠信，有可能出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)IO問題或者服務(wù)器宕機的問題，如果這些問題出現(xiàn)在時序圖的第7步论寨，使得消息投遞后無法正常通知主服務(wù)（網(wǎng)絡(luò)問題）星立，或無法繼續(xù)提交事務(wù)（宕機），那么主服務(wù)將會認為消息投遞失敗葬凳，會滾主服務(wù)業(yè)務(wù)绰垂，然而實際上消息已經(jīng)被從服務(wù)消費，那么就會造成主服務(wù)和從服務(wù)的數(shù)據(jù)不一致火焰。

? ? ? 具體場景可見下面兩張時序圖劲装。

? ? ? ?事件服務(wù)（在這里就是消息服務(wù)）與業(yè)務(wù)過于耦合，如果消息服務(wù)不可用昌简，會導(dǎo)致業(yè)務(wù)不可用占业。應(yīng)該將事件服務(wù)與業(yè)務(wù)解耦，獨立出來異步執(zhí)行纯赎，或者在業(yè)務(wù)執(zhí)行后先嘗試發(fā)送一次消息谦疾，如果消息發(fā)送失敗，則降級為異步發(fā)送犬金。

3.1.2 異步事件

3.1.2.1 本地事件服務(wù)

? ? ? ?為了解決3.1.1中描述的同步事件的問題餐蔬，異步事件通知模式被發(fā)展了出來，既業(yè)務(wù)服務(wù)和事件服務(wù)解耦佑附，事件異步進行樊诺，由單獨的事件服務(wù)保證事件的可靠投遞。

異步事件通知－本地事件服務(wù)

當(dāng)業(yè)務(wù)執(zhí)行時音同，在同一個本地事務(wù)中將事件寫入本地事件表词爬，同時投遞該事件，如果事件投遞成功权均，則將該事件從事件表中刪除顿膨。如果投遞失敗锅锨，則使用事件服務(wù)定時地異步統(tǒng)一處理投遞失敗的事件，進行重新投遞恋沃，直到事件被正確投遞必搞，并將事件從事件表中刪除。這種方式最大可能地保證了事件投遞的實效性囊咏，并且當(dāng)?shù)谝淮瓮哆f失敗后恕洲，也能使用異步事件服務(wù)保證事件至少被投遞一次。

然而梅割，這種使用本地事件服務(wù)保證可靠事件通知的方式也有它的不足之處霜第，那便是業(yè)務(wù)仍舊與事件服務(wù)有一定耦合（第一次同步投遞時），更為嚴重的是户辞，本地事務(wù)需要負責(zé)額外的事件表的操作泌类，為數(shù)據(jù)庫帶來了壓力，在高并發(fā)的場景底燎，由于每一個業(yè)務(wù)操作就要產(chǎn)生相應(yīng)的事件表操作刃榨，幾乎將數(shù)據(jù)庫的可用吞吐量砍了一半，這無疑是無法接受的双仍。正是因為這樣的原因枢希，可靠事件通知模式進一步地發(fā)展－外部事件服務(wù)出現(xiàn)在了人們的眼中蝌诡。

3.1.2.2 外部事件服務(wù)

? ? ? ?外部事件服務(wù)在本地事件服務(wù)的基礎(chǔ)上更進了一步疟游，將事件服務(wù)獨立出主業(yè)務(wù)服務(wù)斋配，主業(yè)務(wù)服務(wù)不在對事件服務(wù)有任何強依賴厨钻。

異步事件通知－外部事件服務(wù)

業(yè)務(wù)服務(wù)在提交前憔儿，向事件服務(wù)發(fā)送事件畏邢，事件服務(wù)只記錄事件分预，并不發(fā)送趴梢。業(yè)務(wù)服務(wù)在提交或回滾后通知事件服務(wù)敬察，事件服務(wù)發(fā)送事件或者刪除事件秀睛。

?? 不用擔(dān)心業(yè)務(wù)系統(tǒng)在提交或者會滾后宕機而無法發(fā)送確認事件給事件服務(wù)，因為事件服務(wù)會定時獲取所有仍未發(fā)送的事件并且向業(yè)務(wù)系統(tǒng)查詢莲祸，根據(jù)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的返回來決定發(fā)送或者刪除該事件蹂安。

? 外部事件雖然能夠?qū)I(yè)務(wù)系統(tǒng)和事件系統(tǒng)解耦，但是也帶來了額外的工作量：外部事件服務(wù)比起本地事件服務(wù)來說多了兩次網(wǎng)絡(luò)通信開銷（提交前锐帜、提交／回滾后）田盈，同時也需要業(yè)務(wù)系統(tǒng)提供單獨的查詢接口給事件系統(tǒng)用來判斷未發(fā)送事件的狀態(tài)。

3.1.2.3 可靠事件通知模式的注意事項

可靠事件模式需要注意的有兩點缴阎，1. 事件的正確發(fā)送允瞧； 2. 事件的重復(fù)消費。

? ? ? ?通過異步消息服務(wù)可以確保事件的正確發(fā)送，然而事件是有可能重復(fù)發(fā)送的述暂，那么就需要消費端保證同一條事件不會重復(fù)被消費痹升，簡而言之就是保證事件消費的 冪等性。

? ? ? 如果事件本身是具備冪等性的狀態(tài)型事件畦韭，如訂單狀態(tài)的通知（已下單疼蛾、已支付、已發(fā)貨等）艺配，則需要判斷事件的順序察郁。一般通過時間戳來判斷，既消費過了新的消息后妒挎，當(dāng)接受到老的消息直接丟棄不予消費绳锅。如果無法提供全局時間戳西饵，則應(yīng)考慮使用全局統(tǒng)一的序列號酝掩。

? ? ? 對于不具備冪等性的事件，一般是動作行為事件眷柔，如扣款100期虾，存款200，則應(yīng)該將事件id及事件結(jié)果持久化驯嘱，在消費事件前查詢事件id镶苞，若已經(jīng)消費則直接返回執(zhí)行結(jié)果；若是新消息鞠评，則執(zhí)行茂蚓，并存儲執(zhí)行結(jié)果。

3.2 最大努力通知模式

相比可靠事件通知模式剃幌，最大努力通知模式就容易理解多了聋涨。最大努力通知型的特點是，業(yè)務(wù)服務(wù)在提交事務(wù)后负乡，進行有限次數(shù)（設(shè)置最大次數(shù)限制）的消息發(fā)送牍白，比如發(fā)送三次消息，若三次消息發(fā)送都失敗抖棘，則不予繼續(xù)發(fā)送茂腥。所以有可能導(dǎo)致消息的丟失。

? ? ? 同時切省，主業(yè)務(wù)方需要提供查詢接口給從業(yè)務(wù)服務(wù)最岗，用來恢復(fù)丟失消息。最大努力通知型對于時效性保證比較差（既可能會出現(xiàn)較長時間的軟狀態(tài)）朝捆，所以對于數(shù)據(jù)一致性的時效性要求比較高的系統(tǒng)無法使用般渡。這種模式通常使用在不同業(yè)務(wù)平臺服務(wù)或者對于第三方業(yè)務(wù)服務(wù)的通知，如銀行通知、商戶通知等诊杆，這里不再展開歼捐。

3.3 業(yè)務(wù)補償模式

? ? ? ?接下來介紹兩種補償模式，補償模式比起事件通知模式最大的不同是晨汹，補償模式的上游服務(wù)依賴于下游服務(wù)的運行結(jié)果豹储，而事件通知模式上游服務(wù)不依賴于下游服務(wù)的運行結(jié)果。首先介紹業(yè)務(wù)補償模式淘这，業(yè)務(wù)補償模式是一種純補償模式剥扣，其設(shè)計理念為，業(yè)務(wù)在調(diào)用的時候正常提交铝穷，當(dāng)一個服務(wù)失敗的時候钠怯，所有其依賴的上游服務(wù)都進行業(yè)務(wù)補償操作。舉個例子曙聂，小明從杭州出發(fā)晦炊，去往美國紐約出差，現(xiàn)在他需要定從杭州去往上海的火車票宁脊，以及從上海飛往紐約的飛機票断国。如果小明成功購買了火車票之后發(fā)現(xiàn)那天的飛機票已經(jīng)售空了，那么與其在上海再多待一天榆苞，小明還不如取消去上海的火車票稳衬，選擇飛往北京再轉(zhuǎn)機紐約，所以小明就取消了去上海的火車票坐漏。這個例子中購買杭州到上海的火車票是服務(wù)a薄疚，購買上海到紐約的飛機票是服務(wù)b，業(yè)務(wù)補償模式就是在服務(wù)b失敗的時候赊琳，對服務(wù)a進行補償操作街夭，在例子中就是取消杭州到上海的火車票。

??補償模式要求每個服務(wù)都提供補償借口慨畸，且這種補償一般來說是 不完全補償莱坎，既即使進行了補償操作，那條取消的火車票記錄還是一直存在數(shù)據(jù)庫中可以被追蹤（一般是有相信的狀態(tài)字段“已取消”作為標(biāo)記）寸士，畢竟已經(jīng)提交的線上數(shù)據(jù)一般是不能進行物理刪除的檐什。

? ? ? 業(yè)務(wù)補償模式最大缺點是軟狀態(tài)時間比較長，既數(shù)據(jù)一致性的時效性很低弱卡，多個服務(wù)常衬苏可能處于數(shù)據(jù)不一致的情況。

3.4 TCC/Try Confirm Cancel模式

? ? ? ?TCC模式是一種優(yōu)化了的業(yè)務(wù)補償模式婶博，它可以做到 完全補償瓮具，既進行補償后不留下補償?shù)募o錄，就好像什么事情都沒有發(fā)生過一樣。同時名党，TCC的軟狀態(tài)時間很短叹阔，原因是因為TCC是一種兩階段型模式（已經(jīng)忘了兩階段概念的可以回顧一下1.2.1），只有在所有的服務(wù)的第一階段（try）都成功的時候才進行第二階段確認（Confirm）操作传睹，否則進行補償(Cancel)操作耳幢，而在try階段是不會進行真正的業(yè)務(wù)處理的。

TCC模式

TCC模式的具體流程為兩個階段：

Try欧啤，業(yè)務(wù)服務(wù)完成所有的業(yè)務(wù)檢查睛藻，預(yù)留必需的業(yè)務(wù)資源

如果Try在所有服務(wù)中都成功，那么執(zhí)行Confirm操作邢隧，Confirm操作不做任何的業(yè)務(wù)檢查（因為try中已經(jīng)做過）店印，只是用Try階段預(yù)留的業(yè)務(wù)資源進行業(yè)務(wù)處理；否則進行Cancel操作倒慧，Cancel操作釋放Try階段預(yù)留的業(yè)務(wù)資源按摘。

這么說可能比較模糊，下面我舉一個具體的例子迫靖，小明在線從招商銀行轉(zhuǎn)賬100元到廣發(fā)銀行院峡。這個操作可看作兩個服務(wù)兴使，服務(wù)a從小明的招行賬戶轉(zhuǎn)出100元系宜，服務(wù)b從小明的廣發(fā)銀行帳戶匯入100元。

服務(wù)a（小明從招行轉(zhuǎn)出100元）:

try: update cmb_account set balance=balance-100, freeze=freeze+100 where acc_id=1 and balance>100;

confirm: update cmb_account set freeze=freeze-100 where acc_id=1;

cancel: update cmb_account set balance=balance+100, freeze=freeze-100 where acc_id=1;

服務(wù)b（小明往廣發(fā)銀行匯入100元）:

try: update cgb_account set freeze=freeze+100 where acc_id=1;

confirm: update cgb_account set balance=balance+100, freeze=freeze-100 where acc_id=1;

cancel: update cgb_account set freeze=freeze-100 where acc_id=1;

具體說明：

? ? ? a的try階段发魄，服務(wù)做了兩件事盹牧，

1：業(yè)務(wù)檢查，這里是檢查小明的帳戶里的錢是否多余100元励幼；

2：預(yù)留資源汰寓，將100元從余額中劃入凍結(jié)資金。

a的confirm階段苹粟，這里不再進行業(yè)務(wù)檢查有滑，因為try階段已經(jīng)做過了，同時由于轉(zhuǎn)賬已經(jīng)成功嵌削，將凍結(jié)資金扣除毛好。

a的cancel階段，釋放預(yù)留資源苛秕，既100元凍結(jié)資金肌访，并恢復(fù)到余額。

b的try階段進行艇劫，預(yù)留資源吼驶，將100元凍結(jié)。

b的confirm階段，使用try階段預(yù)留的資源蟹演，將100元凍結(jié)資金劃入余額风钻。

b的cancel階段，釋放try階段的預(yù)留資源酒请，將100元從凍結(jié)資金中減去魄咕。

從上面的簡單例子可以看出，TCC模式比純業(yè)務(wù)補償模式更加復(fù)雜蚌父，所以在實現(xiàn)上每個服務(wù)都需要實現(xiàn)Cofirm和Cancel兩個接口哮兰。

3.5 總結(jié)

下面的表格對這四種常用的模式進行了比較：