周末晚上，正在家里面看綜藝節(jié)目，突然女朋友跑過(guò)來(lái)找我打《王者榮耀》。

打了幾把游戲，終于可以歇息一會(huì)了，準(zhǔn)備繼續(xù)看我的綜藝，可是女朋友過(guò)來(lái)找我給他講講到底什么是二階段提交。

分布式一致性

還好我們之前專(zhuān)門(mén)給女朋友介紹過(guò)什么是分布式，要不然這個(gè)話題說(shuō)來(lái)就話長(zhǎng)了。

在之前介紹分布式的時(shí)候，我們以飯店的后廚為例，今天繼續(xù)之前的例子來(lái)說(shuō)說(shuō)什么是分布式一致性。

隨著飯店的發(fā)展，慢慢的從只有一個(gè)廚師演變成有多個(gè)廚師，進(jìn)而演變成有洗菜工、配菜師、廚師等多個(gè)職位。

當(dāng)有了多種分工之后，就勢(shì)必需要協(xié)調(diào)這些人之間的合作。

比如餐廳客人點(diǎn)了一份番茄炒蛋，然后后廚開(kāi)始準(zhǔn)備起來(lái)，洗菜工開(kāi)始洗西紅柿，配菜師開(kāi)始準(zhǔn)備雞蛋，廚師開(kāi)始向鍋內(nèi)加油準(zhǔn)備炒菜。這是一種很正常的情況。

但是，如果消息傳達(dá)的不到位，或者洗菜師傅臨時(shí)不在廚房等，就會(huì)導(dǎo)致有的人已經(jīng)開(kāi)始準(zhǔn)備起來(lái)，但是有的人并沒(méi)有準(zhǔn)備。

這就像是一個(gè)分布式系統(tǒng)一樣的，當(dāng)我們?cè)陔娚叹W(wǎng)站下單的時(shí)候，需要有多個(gè)分布式服務(wù)同時(shí)服務(wù)，如支付系統(tǒng)進(jìn)行支付、紅包系統(tǒng)進(jìn)行紅包扣減、庫(kù)存系統(tǒng)扣減庫(kù)存、物流系統(tǒng)更新物流信息等。

但是，如果其中某一個(gè)系統(tǒng)在執(zhí)行過(guò)程中失敗了，或者由于網(wǎng)絡(luò)原因沒(méi)有收到請(qǐng)求，那么，整個(gè)系統(tǒng)可能就有不一致的現(xiàn)象了，即：付了錢(qián)，扣了紅包，但是庫(kù)存沒(méi)有扣減。

這就是所謂的分布式系統(tǒng)的數(shù)據(jù)一致性問(wèn)題。

二階段提交

之所以剛剛的例子中會(huì)出現(xiàn)一致性問(wèn)題，就是因?yàn)槊恳粋€(gè)員工都只關(guān)注自己所做的事情，無(wú)法關(guān)注到其他人，那么，要想保證整體的一致性，就需要在后廚中引入一個(gè)新的角色，負(fù)責(zé)統(tǒng)籌，這個(gè)角色來(lái)進(jìn)行協(xié)調(diào)和調(diào)配所有人。

那么，引入一個(gè)協(xié)調(diào)者負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)所有參與者的工作，這個(gè)在分布式系統(tǒng)中其實(shí)就是X/Open組織定義的分布式事務(wù)處理模型，而二階段提交就是根據(jù)這一模型衍生出來(lái)的。

舉個(gè)例子，五個(gè)人相約打王者榮耀，想要一起玩需要以下幾個(gè)步驟：

有一個(gè)人想要五黑玩王者榮耀，于是他開(kāi)始聯(lián)系自己的小伙伴們。

組織者：小A，我們準(zhǔn)備玩王者榮耀，你要是可以來(lái)參加的話，現(xiàn)在你就登錄游戲，然后在游戲好友上給我回復(fù)個(gè)消息。

小A登錄自己的游戲賬號(hào)，然后告訴組織者：小A已就位。

組織者：小B、小C、小D，我們準(zhǔn)備玩王者榮耀，你要是可以來(lái)參加的話，現(xiàn)在你就登錄游戲，然后在游戲好友上給我回復(fù)個(gè)消息。

小B、小C、小D分別登錄自己的游戲賬號(hào)，然后告訴組織者：小B、小C、小D已就位。

組織者發(fā)現(xiàn)所有人都就位了，于是在游戲上逐一通知大家，

組織者：小A，我邀請(qǐng)你了，你進(jìn)來(lái)吧。

小A接受邀請(qǐng)

組織者：小B、小C、小D，我邀請(qǐng)你了，你進(jìn)來(lái)吧。

小小B、小C、小D接收邀請(qǐng)

于是，5個(gè)人在王者峽谷愉快的玩耍了起來(lái)。

對(duì)于五個(gè)人開(kāi)黑這個(gè)事務(wù)操作，在開(kāi)始準(zhǔn)備前五個(gè)人都是空閑狀態(tài)，忙著自己的事情。在組織者協(xié)調(diào)過(guò)之后，大家也要達(dá)成一個(gè)一致的狀態(tài)，即以下兩種情況之一：

• 1、五個(gè)人愉快的開(kāi)始一起玩游戲

• 2、五個(gè)人都退出游戲，還是去忙自己的事情。

如果最后有一部分人在游戲里一直等，另外一部分并沒(méi)有進(jìn)入游戲，那么就是數(shù)據(jù)不一致了。

以上過(guò)程，就是一個(gè)典型的二階段提交（2PC）的過(guò)程，在分布式系統(tǒng)中，也有同樣的問(wèn)題，并且可以采用同樣的解決辦法。

在分布式系統(tǒng)中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)雖然可以知曉自己的操作時(shí)成功或者失敗，卻無(wú)法知道其他節(jié)點(diǎn)的操作的成功或失敗（只知道自己有時(shí)間可以玩王者榮耀，不知道其他人有沒(méi)有）。

當(dāng)一個(gè)事務(wù)跨越多個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí)，為了保持事務(wù)的ACID特性，需要引入一個(gè)作為協(xié)調(diào)者的組件來(lái)統(tǒng)一掌控所有參與者的操作結(jié)果并最終指示這些節(jié)點(diǎn)是否要把操作結(jié)果進(jìn)行真正的提交（組織者通知各位參與者一起進(jìn)入游戲房間）。

因此，二階段提交的算法思路可以概括為：參與者將操作成敗通知協(xié)調(diào)者，再由協(xié)調(diào)者根據(jù)所有參與者的反饋情報(bào)決定各參與者是否要提交操作還是中止操作。

所謂的兩個(gè)階段是指：第一階段：準(zhǔn)備階段(投票階段)和第二階段：提交階段（執(zhí)行階段）

準(zhǔn)備階段

事務(wù)協(xié)調(diào)者給每個(gè)參與者發(fā)送Prepare消息，每個(gè)參與者要么直接返回失敗（告知組織者自己沒(méi)時(shí)間，不能一起玩游戲），要么在本地執(zhí)行事務(wù)（登錄王者榮耀），但不提交（先不開(kāi)始游戲）。

可以進(jìn)一步將準(zhǔn)備階段分為以下三個(gè)步驟：

• 1）協(xié)調(diào)者節(jié)點(diǎn)向所有參與者節(jié)點(diǎn)詢(xún)問(wèn)是否可以執(zhí)行提交操作，并開(kāi)始等待各參與者節(jié)點(diǎn)的響應(yīng)。（詢(xún)問(wèn)是否可以一起玩游戲）

• 2）參與者節(jié)點(diǎn)執(zhí)行詢(xún)問(wèn)發(fā)起為止的所有事務(wù)操作，并將Undo信息和Redo信息寫(xiě)入日志。（登錄王者榮耀游戲）

• 3）各參與者節(jié)點(diǎn)響應(yīng)協(xié)調(diào)者節(jié)點(diǎn)發(fā)起的詢(xún)問(wèn)。如果參與者節(jié)點(diǎn)的事務(wù)操作實(shí)際執(zhí)行成功，則它返回一個(gè)”同意”消息；（告知組織者自己已經(jīng)登錄成功）如果參與者節(jié)點(diǎn)的事務(wù)操作實(shí)際執(zhí)行失敗，則它返回一個(gè)”中止”消息。（告知組織者自己暫時(shí)無(wú)法一起玩游戲，如自己的賬號(hào)被限制無(wú)法打排位）

提交階段

如果協(xié)調(diào)者收到了參與者的失敗消息或者超時(shí)（有人不能一起玩游戲，或者一直沒(méi)有回復(fù)），直接給每個(gè)參與者發(fā)送回滾消息（告知其他人，暫時(shí)取消游戲）；否則，發(fā)送提交消息（邀請(qǐng)大家進(jìn)入游戲房間）；參與者根據(jù)協(xié)調(diào)者的指令執(zhí)行提交或者回滾操作（進(jìn)入房間一起玩游戲或者退出游戲去做別的事情）。

接下來(lái)分兩種情況分別討論提交階段的過(guò)程。

當(dāng)協(xié)調(diào)者節(jié)點(diǎn)從所有參與者節(jié)點(diǎn)獲得的相應(yīng)消息都為”同意”時(shí):

• 1）協(xié)調(diào)者節(jié)點(diǎn)向所有參與者節(jié)點(diǎn)發(fā)出”正式提交”的請(qǐng)求（要求所有已登錄的朋友加入游戲房間）。

• 2）參與者節(jié)點(diǎn)正式完成操作，并釋放在整個(gè)事務(wù)期間內(nèi)占用的資源（接受邀請(qǐng)，進(jìn)入房間）。

• 3）參與者節(jié)點(diǎn)向協(xié)調(diào)者節(jié)點(diǎn)發(fā)送”完成”消息（點(diǎn)擊"準(zhǔn)備"，進(jìn)入準(zhǔn)備狀態(tài)）。

• 4）協(xié)調(diào)者節(jié)點(diǎn)受到所有參與者節(jié)點(diǎn)反饋的”完成”消息后，完成事務(wù)（進(jìn)入王者峽谷）。

如果任一參與者節(jié)點(diǎn)在第一階段返回的響應(yīng)消息為”中止”，或者 協(xié)調(diào)者節(jié)點(diǎn)在第一階段的詢(xún)問(wèn)超時(shí)之前無(wú)法獲取所有參與者節(jié)點(diǎn)的響應(yīng)消息時(shí)：

• 1）協(xié)調(diào)者節(jié)點(diǎn)向所有參與者節(jié)點(diǎn)發(fā)出”回滾操作”的請(qǐng)求（告知所有人取消游戲）。

• 2）參與者節(jié)點(diǎn)利用之前寫(xiě)入的Undo信息執(zhí)行回滾，并釋放在整個(gè)事務(wù)期間內(nèi)占用的資源（退出游戲，去做自己的事情）。

• 3）參與者節(jié)點(diǎn)向協(xié)調(diào)者節(jié)點(diǎn)發(fā)送”回滾完成”消息（告訴組織者自己知道了，后面有機(jī)會(huì)再玩）。

• 4）協(xié)調(diào)者節(jié)點(diǎn)受到所有參與者節(jié)點(diǎn)反饋的”回滾完成”消息后，取消事務(wù)（取消本次游戲活動(dòng)）。

2PC的缺點(diǎn)

以上過(guò)程其實(shí)是有一些缺點(diǎn)的，如

1、當(dāng)參與者收到組織者的消息之后，需要登錄游戲，在游戲中等待組織者的再次邀請(qǐng)，這個(gè)過(guò)程比較浪費(fèi)時(shí)間。

2、如果在這個(gè)過(guò)程中，組織者突然有什么事情被打斷了，那么那些已經(jīng)進(jìn)入游戲的參與者就可能一直等下去。

3、在所有人都登錄游戲之后，組織者通過(guò)邀請(qǐng)要求所有人加入他的房間，這時(shí)候如果有一些網(wǎng)絡(luò)異常、或者參與者沒(méi)在手機(jī)前面等情況，可能會(huì)有一部分用戶(hù)加入了房間，有一部分沒(méi)加入。

4、如果組織者在游戲中開(kāi)始邀請(qǐng)所有參與者的時(shí)候，他邀請(qǐng)了第一個(gè)人之后，他和這個(gè)被他邀請(qǐng)的人都掉線了。這時(shí)候另外三個(gè)人就不知道到底應(yīng)該怎么辦了。

以上問(wèn)題，分布式系統(tǒng)的2PC階段一樣存在，分別對(duì)應(yīng)以下問(wèn)題：

1、同步阻塞問(wèn)題。執(zhí)行過(guò)程中，所有參與節(jié)點(diǎn)都是事務(wù)阻塞型的。當(dāng)參與者占有公共資源時(shí)，其他第三方節(jié)點(diǎn)訪問(wèn)公共資源不得不處于阻塞狀態(tài)。

2、單點(diǎn)故障。由于協(xié)調(diào)者的重要性，一旦協(xié)調(diào)者發(fā)生故障。參與者會(huì)一直阻塞下去。尤其在第二階段，協(xié)調(diào)者發(fā)生故障，那么所有的參與者還都處于鎖定事務(wù)資源的狀態(tài)中，而無(wú)法繼續(xù)完成事務(wù)操作。（如果是協(xié)調(diào)者掛掉，可以重新選舉一個(gè)協(xié)調(diào)者，但是無(wú)法解決因?yàn)閰f(xié)調(diào)者宕機(jī)導(dǎo)致的參與者處于阻塞狀態(tài)的問(wèn)題）

3、數(shù)據(jù)不一致。在二階段提交的階段二中，當(dāng)協(xié)調(diào)者向參與者發(fā)送commit請(qǐng)求之后，發(fā)生了局部網(wǎng)絡(luò)異常或者在發(fā)送commit請(qǐng)求過(guò)程中協(xié)調(diào)者發(fā)生了故障，這回導(dǎo)致只有一部分參與者接受到了commit請(qǐng)求。而在這部分參與者接到commit請(qǐng)求之后就會(huì)執(zhí)行commit操作。但是其他部分未接到commit請(qǐng)求的機(jī)器則無(wú)法執(zhí)行事務(wù)提交。于是整個(gè)分布式系統(tǒng)便出現(xiàn)了數(shù)據(jù)部一致性的現(xiàn)象。

4、二階段無(wú)法解決的問(wèn)題：協(xié)調(diào)者再發(fā)出commit消息之后宕機(jī)，而唯一接收到這條消息的參與者同時(shí)也宕機(jī)了。那么即使協(xié)調(diào)者通過(guò)選舉協(xié)議產(chǎn)生了新的協(xié)調(diào)者，這條事務(wù)的狀態(tài)也是不確定的，沒(méi)人知道事務(wù)是否被已經(jīng)提交。

總結(jié)一下，就是說(shuō)2PC并不是完美的，他存在著同步阻塞問(wèn)題、單點(diǎn)故障問(wèn)題、無(wú)法100%保證數(shù)據(jù)一致性等問(wèn)題。

有道無(wú)術(shù)，術(shù)可成；有術(shù)無(wú)道，止于術(shù)

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的漫话：如何给女朋友解释什么是2PC（二阶段提交）？的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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