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分布式事务的2PC、3PC和TCC

时间:2019-10-29 15:39:50      阅读:141      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

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1、2PC协议

  2PC 是二阶段提交(Two-phase Commit)的缩写,顾名思义,这个协议分两阶段完成。第一个阶段是准备阶段,第二个阶段是提交阶段,准备阶段和提交阶段都是由事务管理器(协调者)发起的,协调的对象是资源管理器(参与者)。二阶段提交协议的概念来自 X/Open 组织提出的分布式事务的规范 XA 协议,协议主要定义了(全局)事务管理器和(局部)资源管理器之间的接口。XA 接口是双向的系统接口,在事务管理器以及一个或多个资源管理器之间形成通信桥梁。Java 平台上的事务规范 JTA(Java Transaction API)提供了对 XA 事务的支持,它要求所有需要被分布式事务管理的资源(由不同厂商实现)都必须实现规定接口(XAResource 中的 prepare、commit 和 rollback 等)。

  两阶段如下:

准备阶段

  协调者向参与者发起指令,参与者评估自己的状态,如果参与者评估指令可以完成,参与者会写 redo 和 undo 日志,然后锁定资源,执行操作,但是并不提交。

提交阶段

  如果每个参与者明确返回准备成功,也就是预留资源和执行操作成功,协调者向参与者发起提交指令,参与者提交资源变更的事务,释放锁定的资源;如果任何一个参与者明确返回准备失败,也就是预留资源或者执行操作失败,协调者向参与者发起中止指令,参与者取消已经变更的事务,执行 undo 日志,释放锁定的资源。

技术图片

  我们看到两阶段提交协议在准备阶段锁定资源,是一个重量级的操作,并能保证强一致性,但是实现起来复杂、成本较高,不够灵活,更重要的是它有如下致命的问题:

阻塞

  对于任何一次指令必须收到明确的响应,才会继续做下一步,否则处于阻塞状态,占用的资源被一直锁定,不会被释放。

脑裂

  协调者发送提交指令,有的参与者接收到执行了事务,有的参与者没有接收到事务,就没有执行事务,多个参与者之间是不一致的。

单点故障

  如果协调者宕机,参与者没有了协调者指挥,会一直阻塞,尽管可以通过选举新的协调者替代原有协调者,但是如果之前协调者在发送一个提交指令后宕机,而提交指令仅仅被一个参与者接受,并且参与者接收后也宕机,新上任的协调者无法处理这种情况。

2、3PC协议

  三阶段提交协议(3PC 协议)是两阶段提交协议的改进版本。它通过超时机制解决了阻塞的问题,避免了资源被无限锁定的情况。但也增加了系统的复杂度,增加了参与者和协调者之间的通信次数。并且把两个阶段增加为三个阶段:

①询问阶段

  协调者询问参与者是否可以完成指令,协调者只需要回答是还是不是,而不需要做真正的操作,这个阶段参与者在等待超时后会自动中止。

②准备阶段

  如果在询问阶段所有的参与者都返回可以执行操作,协调者向参与者发送预执行请求,然后参与者写 redo 和 undo 日志,锁定资源,执行操作,但是不提交操作;如果在询问阶段任何参与者返回不能执行操作的结果,则协调者向参与者发送中止请求,这里的逻辑与两阶段提交协议的的准备阶段是相似的,这个阶段参与者在等待超时后会自动提交。

③提交阶段

  如果每个参与者在准备阶段返回准备成功,也就是预留资源和执行操作成功,协调者向参与者发起提交指令,参与者提交资源变更的事务,释放锁定的资源;如果任何一个参与者返回准备失败,也就是预留资源或者执行操作失败,协调者向参与者发起中止指令,参与者取消已经变更的事务,执行 undo 日志,释放锁定的资源,这里的逻辑与两阶段提交协议的提交阶段一致。

技术图片

  这里与两阶段提交协议有两个主要的不同:

增加询问阶段

  确保尽可能早的发现无法执行操作而需要中止的行为,但是它并不能发现所有的这种行为,只会减少这种情况的发生。

等待超时处理

  如果在询问阶段等待超时,则自动中止;如果在准备阶段之后等待超时,则自动提交。这也是根据概率统计上的正确性最大。

3、TCC协议

  TCC 协议将事务的提交过程分为 try-confirm-cancel (实际上 TCC 就是 try、confirm、cancel 的简称) 三个阶段:

try

  完成业务检查、预留业务资源

confirm

  使用预留的资源执行业务操作(需要保证幂等性)

cancel

  取消执行业务操作,释放预留的资源(需要保证幂等性)

  流程如下:

  ①事务发起方向事务协调器发起事务请求,事务协调器调用所有事务参与者的 try 方法完成资源的预留,这时候并没有真正执行业务,而是为后面具体要执行的业务预留资源,这里完成了一阶段。

  ②如果事务协调器发现有参与者的 try 方法预留资源时候发现资源不够,则调用参与方的 cancel 方法回滚预留的资源,需要注意 cancel 方法需要实现业务幂等,因为有可能调用失败(比如网络原因参与者接受到了请求,但是由于网络原因事务协调器没有接受到回执)会重试。

  ③如果事务协调器发现所有参与者的 try 方法返回都 OK,则事务协调器调用所有参与者的 confirm 方法,不做资源检查,直接进行具体的业务操作。

  ④如果协调器发现所有参与者的 confirm 方法都 OK 了,则分布式事务结束。

  ⑤如果协调器发现有些参与者的 confirm 方法失败了,或者由于网络原因没有收到回执,则协调器会进行重试。如果重试一定次数后还是失败,则进行事务补偿。

技术图片

原文链接:分布式事务——2PC、3PC 和 TCC

分布式事务的2PC、3PC和TCC

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