1 微服務的發(fā)展

微服務倡導將復雜的單體應用拆分為若干個功能簡單、松耦合的服務瘩将，這樣可以降低開發(fā)難度、增強擴展性凹耙、便于敏捷開發(fā)姿现。當前被越來越多的開發(fā)者推崇，很多互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)巨頭使兔、開源社區(qū)等都開始了微服務的討論和實踐建钥。Hailo有160個不同服務構成，NetFlix有大約600個服務虐沥。國內方面熊经，阿里巴巴、騰訊欲险、360镐依、京東、58同城等很多互聯(lián)網(wǎng)公司都進行了微服務化實踐天试。當前微服務的開發(fā)框架也非常多槐壳，比較著名的有Dubbo、SpringCloud喜每、thrift 务唐、grpc等。

2 微服務落地存在的問題

雖然微服務現(xiàn)在如火如荼带兜，但對其實踐其實仍處于探索階段枫笛。很多中小型互聯(lián)網(wǎng)公司，鑒于經(jīng)驗刚照、技術實力等問題刑巧，微服務落地比較困難。如著名架構師Chris Richardson所言无畔，目前存在的主要困難有如下幾方面：

1）單體應用拆分為分布式系統(tǒng)后啊楚，進程間的通訊機制和故障處理措施變的更加復雜。

2）系統(tǒng)微服務化后浑彰，一個看似簡單的功能恭理，內部可能需要調用多個服務并操作多個數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)，服務調用的分布式事務問題變的非常突出郭变。

3）微服務數(shù)量眾多颜价，其測試薄风、部署、監(jiān)控等都變的更加困難拍嵌。

隨著RPC框架的成熟遭赂，第一個問題已經(jīng)逐漸得到解決。例如dubbo可以支持多種通訊協(xié)議横辆，springcloud可以非常好的支持restful調用撇他。對于第三個問題，隨著docker狈蚤、devops技術的發(fā)展以及各公有云paas平臺自動化運維工具的推出困肩，微服務的測試、部署與運維會變得越來越容易脆侮。

而對于第二個問題锌畸，現(xiàn)在還沒有通用方案很好的解決微服務產(chǎn)生的事務問題。分布式事務已經(jīng)成為微服務落地最大的阻礙靖避，也是最具挑戰(zhàn)性的一個技術難題潭枣。 為此，本文將深入和大家探討微服務架構下幻捏，分布式事務的各種解決方案盆犁，并重點為大家解讀阿里巴巴提出的分布式事務解決方案----GTS。該方案中提到的GTS是全新一代解決微服務問題的分布式事務互聯(lián)網(wǎng)中間件篡九。

3 傳統(tǒng)分布式事務解決方案

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)庫通過 XA 接口規(guī)范谐岁，使用兩階段提交來完成一個全局事務， XA 規(guī)范的基礎是兩階段提交協(xié)議榛臼。

第一階段是表決階段伊佃，所有參與者都將本事務能否成功的信息反饋發(fā)給協(xié)調者；第二階段是執(zhí)行階段沛善，協(xié)調者根據(jù)所有參與者的反饋航揉，通知所有參與者，步調一致地在所有分支上提交或者回滾路呜。

兩階段提交方案應用非常廣泛迷捧，幾乎所有商業(yè)OLTP數(shù)據(jù)庫都支持XA協(xié)議织咧。但是兩階段提交方案鎖定資源時間長胀葱，對性能影響很大，基本不適合解決微服務事務問題笙蒙。

3.2 TCC方案

TCC方案在電商抵屿、金融領域落地較多。TCC方案其實是兩階段提交的一種改進捅位。其將整個業(yè)務邏輯的每個分支顯式的分成了Try轧葛、Confirm搂抒、Cancel三個操作。Try部分完成業(yè)務的準備工作尿扯，confirm部分完成業(yè)務的提交求晶，cancel部分完成事務的回滾≈运瘢基本原理如下圖所示芳杏。

事務開始時，業(yè)務應用會向事務協(xié)調器注冊啟動事務辟宗。之后業(yè)務應用會調用所有服務的try接口爵赵，完成一階段準備。之后事務協(xié)調器會根據(jù)try接口返回情況泊脐，決定調用confirm接口或者cancel接口空幻。如果接口調用失敗，會進行重試容客。

TCC方案讓應用自己定義數(shù)據(jù)庫操作的粒度秕铛，使得降低鎖沖突、提高吞吐量成為可能缩挑。 當然TCC方案也有不足之處如捅，集中表現(xiàn)在以下兩個方面：

對應用的侵入性強。業(yè)務邏輯的每個分支都需要實現(xiàn)try调煎、confirm镜遣、cancel三個操作，應用侵入性較強士袄，改造成本高悲关。

實現(xiàn)難度較大。需要按照網(wǎng)絡狀態(tài)娄柳、系統(tǒng)故障等不同的失敗原因實現(xiàn)不同的回滾策略寓辱。為了滿足一致性的要求，confirm和cancel接口必須實現(xiàn)冪等赤拒。

上述原因導致TCC方案大多被研發(fā)實力較強秫筏、有迫切需求的大公司所采用。微服務倡導服務的輕量化挎挖、易部署这敬，而TCC方案中很多事務的處理邏輯需要應用自己編碼實現(xiàn)，復雜且開發(fā)量大蕉朵。

3.3 基于消息的最終一致性方案

消息一致性方案是通過消息中間件保證上崔涂、下游應用數(shù)據(jù)操作的一致性∈夹疲基本思路是將本地操作和發(fā)送消息放在一個事務中冷蚂，保證本地操作和消息發(fā)送要么兩者都成功或者都失敗缭保。下游應用向消息系統(tǒng)訂閱該消息，收到消息后執(zhí)行相應操作蝙茶。

消息方案從本質上講是將分布式事務轉換為兩個本地事務艺骂，然后依靠下游業(yè)務的重試機制達到最終一致性÷『唬基于消息的最終一致性方案對應用侵入性也很高彻亲，應用需要進行大量業(yè)務改造，成本較高吮廉。

4 GTS--分布式事務解決方案

GTS是一款分布式事務中間件苞尝，由阿里巴巴中間件部門研發(fā)，可以為微服務架構中的分布式事務提供一站式解決方案宦芦。

更多GTS資料請訪問研發(fā)團隊微博宙址。

4.1 GTS的核心優(yōu)勢

性能超強

GTS通過大量創(chuàng)新，解決了事務ACID特性與高性能调卑、高可用抡砂、低侵入不可兼得的問題。單事務分支的平均響應時間在2ms左右恬涧，3臺服務器組成的集群可以支撐3萬TPS以上的分布式事務請求注益。

應用侵入性極低

GTS對業(yè)務低侵入，業(yè)務代碼最少只需要添加一行注解（@TxcTransaction）聲明事務即可溯捆。業(yè)務與事務分離丑搔，將微服務從事務中解放出來，微服務關注于業(yè)務本身提揍，不再需要考慮反向接口啤月、冪等、回滾策略等復雜問題劳跃，極大降低了微服務開發(fā)的難度與工作量谎仲。

完整解決方案

GTS支持多種主流的服務框架，包括EDAS刨仑，Dubbo郑诺，Spring Cloud等。

有些情況下杉武，應用需要調用第三方系統(tǒng)的接口辙诞，而第三方系統(tǒng)沒有接入GTS。此時需要用到GTS的MT模式艺智。GTS的MT模式可以等價于TCC模式倘要，用戶可以根據(jù)自身業(yè)務需求自定義每個事務階段的具體行為圾亏。MT模式提供了更多的靈活性十拣，可能性封拧，以達到特殊場景下的自定義優(yōu)化及特殊功能的實現(xiàn)。

容錯能力強

GTS解決了XA事務協(xié)調器單點問題夭问，實現(xiàn)真正的高可用泽西，可以保證各種異常情況下的嚴格數(shù)據(jù)一致。

4.2 GTS的應用場景

GTS可應用在涉及服務調用的多個領域缰趋，包括但不限于金融支付捧杉、電信、電子商務秘血、快遞物流味抖、廣告營銷、社交灰粮、即時通信仔涩、手游、視頻粘舟、物聯(lián)網(wǎng)熔脂、車聯(lián)網(wǎng)等，詳細介紹可以閱讀 《GTS--阿里巴巴分布式事務全新解決方案》一文柑肴。

4.3 GTS與微服務的集成

GTS包括客戶端（GTS Client）霞揉、資源管理器（GTS RM）和事務協(xié)調器（GTS Server）三個部分。GTS Client主要用來界定事務邊界晰骑，完成事務的發(fā)起與結束适秩。GTS RM完成事務分支的創(chuàng)建、提交硕舆、回滾等操作隶症。GTS Server主要負責分布式事務的整體推進，事務生命周期的管理岗宣。GTS和微服務集成的結構圖如下所示蚂会，GTS Client需要和業(yè)務應用集成部署，RM與微服務集成部署胁住。

4.4 GTS的輸出形式

GTS目前有三種輸出形式：公有云輸出刊咳、公網(wǎng)輸出、專有云輸出娱挨。

4.4.1 公有云輸出

這種輸出形式面向阿里云用戶余指。如果用戶的業(yè)務系統(tǒng)已經(jīng)部署到阿里云上，可以申請開通公有云GTS酵镜。開通后業(yè)務應用即可通過GTS保證服務調用的一致性。這種使用場景下淮韭，業(yè)務系統(tǒng)和GTS間的網(wǎng)絡環(huán)境比較理想垢粮，達到很好性能。

4.4.2 公網(wǎng)輸出

這種輸出形式面向于非阿里云的用戶靠粪，使用更加方便、靈活昔善，業(yè)務系統(tǒng)只要能連接互聯(lián)網(wǎng)即可享受GTS提供的云服務（與公有云輸出的差別在于客戶端部署于用戶本地畔乙，而不在云上）。

在正常網(wǎng)絡環(huán)境下袖订，以包含兩個本地事務的全局事務為例嗅虏，事務完成時間在20ms左右，50個并發(fā)就可以輕松實現(xiàn)1000TPS以上分布式事務皮服，對絕大多數(shù)業(yè)務來說性能是足夠的龄广。在公網(wǎng)環(huán)境，網(wǎng)絡閃斷很難完全避免择同，這種情況下GTS仍能保證服務調用的數(shù)據(jù)一致性。

具體使用樣例使用參見4.7節(jié)GTS的工程樣例裹纳。

4.4.3 專有云輸出

這種形式主要面向于已建設了自己專有云平臺的大用戶剃氧，GTS可以直接部署到用戶的專有云上阻星，為專有云提供分布式事務服務。目前已經(jīng)有10多個特大型企業(yè)的專有云使用GTS解決分布式事務難題滥酥，性能與穩(wěn)定性經(jīng)過了用戶的嚴格檢測。

4.5 GTS的使用方式

GTS對應用的侵入性非常低恨狈，使用也很簡單呛讲。下面以訂單存儲應用為例說明。訂單業(yè)務應用通過調用訂單服務和庫存服務完成訂單業(yè)務贝搁，服務開發(fā)框架為Dubbo。

4.5.1 訂單業(yè)務應用

在業(yè)務函數(shù)外圍使用@TxcTransaction注解即可開啟分布式事務弦讽。Dubbo應用通過隱藏參數(shù)將GTS的事務xid傳播到服務端膀哲。

4.5.2 服務提供者

更新庫存方法

4.6 GTS的應用情況

GTS目前已經(jīng)在淘寶某宪、天貓、阿里影業(yè)蔼囊、淘票票衣迷、阿里媽媽、1688等阿里各業(yè)務系統(tǒng)廣泛使用云矫，經(jīng)受了16年和17年兩年雙十一海量請求的考驗汗菜。某線上業(yè)務系統(tǒng)最高流量已達十萬TPS（每秒鐘10萬筆事務）。

GTS在公有云和專有云輸出后堆缘，已經(jīng)有了100多個線上用戶普碎，很多用戶通過GTS解決SpringCloud留瞳、Dubbo、Edas等服務框架的分布式事務問題。業(yè)務領域涉及電力乐横、物流钮莲、ETC、煙草极舔、金融链瓦、零售、電商渤刃、共享出行等十幾個行業(yè)贴膘，得到用戶的一致認可。


上圖是GTS與SpringCloud集成揪胃，應用于某共享出行系統(tǒng)氛琢。業(yè)務共享出行場景下，通過GTS支撐物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)骚勘、訂單系統(tǒng)撮奏、支付系統(tǒng)、運維系統(tǒng)泽疆、分析系統(tǒng)等系各統(tǒng)應用的數(shù)據(jù)一致性玲献，保證海量訂單和數(shù)千萬流水的交易梯浪。

4.7 GTS的工程樣例

GTS的公有云樣例可參考阿里云網(wǎng)站挂洛。在公網(wǎng)環(huán)境下提供sample-txc-simple和sample-txc-dubbo兩個樣例工程眠砾。

4.7.1 sample-txc-simple樣例

4.7.1.1 樣例業(yè)務邏輯

該樣例是GTS的入門sample，案例的業(yè)務邏輯是從A賬戶轉賬給B賬戶柒巫，其中A和B分別位于兩個MySQL數(shù)據(jù)庫中哈肖，使用GTS事務保證A和B賬戶錢的總數(shù)始終不變念秧。

4.7.1.2 樣例搭建方法

1) 準備數(shù)據(jù)庫環(huán)境

安裝MySQL，創(chuàng)建兩個數(shù)據(jù)庫db1和db2币狠。在db1和db2中分別創(chuàng)建txc_undo_log表（SQL腳本見4.7.3）砾层。在db1庫中創(chuàng)建user_money_a表肛炮，在db2庫中創(chuàng)建user_money_b表。

2) 下載樣例

將sample-txc-simple文件下載到本地碍扔，樣例中已經(jīng)包含了GTS的SDK秕重。

3) 修改配置

打開sample-txc-simple/src/main/resources目錄下的txc-client-context.xml，將數(shù)據(jù)源的url二拐、username凳兵、password修改為實際值。

4) 運行樣例

在sample-txc-simple目錄下執(zhí)行build.sh編譯本工程饭望。編譯完成后執(zhí)行run.sh。

4.7.2 sample-txc-dubbo 樣例

4.7.2.1 樣例業(yè)務邏輯

本案例模擬了用戶下訂單藻治、減庫存的業(yè)務邏輯巷挥。客戶端（Client）通過調用訂單服務（OrderService）創(chuàng)建訂單雏节，之后通過調用庫存服務（StockService）扣庫存高职。其中訂單服務讀寫訂單數(shù)據(jù)庫怔锌，庫存服務讀寫庫存數(shù)據(jù)庫。由 GTS 保證跨服務事務的一致性埃元。

4.7.2.2 樣例搭建方法

1) 準備數(shù)據(jù)庫環(huán)境

安裝MySQL岛杀，創(chuàng)建兩個數(shù)據(jù)庫db1和db2。在db1和db2中分別創(chuàng)建txc_undo_log表糊肠。在db1庫中創(chuàng)建orders表遗锣，在db2庫中創(chuàng)建stock表。

2) 下載樣例

將樣例文件sample-txc-dubbo下載到本地機器泪酱，樣例中已經(jīng)包含了GTS的SDK还最。

3) 修改配置

打開sample-txc-dubbo/src/main/resources目錄拓轻，將dubbo-order-service.xml、dubbo-stock-service.xml兩個文件中數(shù)據(jù)源的url勿锅、username、password修改為實際值溢十。

4) 運行樣例

編譯程序

在工程根目錄執(zhí)行 build.sh 命令张弛，編譯工程。編譯后會在 sample-txc-dubbo/client/bin 目錄下生成 order_run.sh寺董、stock_run.sh刻剥、client_run.sh 三個運行腳本對應訂單服務、庫存服務以及客戶端御吞。

運行程序

在根目錄執(zhí)行run.sh酗电，該腳本會依次啟動order_run.sh(訂單服務)内列、stock_run.sh(庫存服務)和client_run.sh(客戶端程序)话瞧。

4.7.2.3 其他說明

樣例使用Multicast注冊中心的聲明方式。如果本機使用無線網(wǎng)絡划滋，dubbo服務在綁定地址時有可能獲取ipv6地址埃篓，可以通過jvm啟動參數(shù)禁用。

方法是配置jvm啟動參數(shù)?-Djava.net.preferIPv4Stack=true同窘。

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)建時間',

gmt_modified datetime NOT NULL COMMENT '修改時間',

xid varchar(100) NOT NULL COMMENT '全局事務ID',

branch_id bigint(20) NOT NULL COMMENT '分支事務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

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5 總結

GTS已經(jīng)在阿里內部廣泛使用寓娩，經(jīng)過了雙十一流量高峰的考驗。內部成熟后寞埠，在專有云和公有云服務了很多用戶排嫌，很多用戶一天事務量在千萬/億級別，解決了業(yè)務服務化改造后的分布式事務棘手技術難題怖糊。

在整個世界范圍內，既滿足事務ACID特性并徘，又具備高性能扰魂、高可用劝评、業(yè)務侵入性低的分布式事務中間件在GTS前是不存在的。讓我們一起體驗GTS帶來的巨大變革吧蒋畜！