SpringBoot2.x系列教程67--Spring Boot整合分布式事務(wù)簡介

作者：一一哥

一. 分布式事務(wù)簡介

1. 什么是分布式事務(wù)

百度百科對分布式事務(wù)的解釋如下：

分布式事務(wù)就是指事務(wù)的參與者、支持事務(wù)的服務(wù)器、資源服務(wù)器以及事務(wù)管理器分別位于分布式系統(tǒng)的不同節(jié)點(diǎn)之上。當(dāng)數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)越來越大，數(shù)據(jù)庫無法承受起壓力，就會開始分庫分表，分庫分表后不同的庫就會分布在不同的服務(wù)器上，明顯的就會出現(xiàn)數(shù)據(jù)一致性問題。或者同一個(gè)事務(wù)中要調(diào)用的不同系統(tǒng)的不同的庫，也要保證要不全都成功，要不全部回滾。

簡單的說，就是一次大的操作由不同的小操作組成，這些小的操作分布在不同的服務(wù)器上，且屬于不同的應(yīng)用。分布式事務(wù)需要保證這些小操作要么全部成功，要么全部失敗。本質(zhì)上來說，分布式事務(wù)就是為了保證不同數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)一致性。

2. 分布式事務(wù)產(chǎn)生的原因

2.1 數(shù)據(jù)庫分庫分表

當(dāng)數(shù)據(jù)庫單表一年產(chǎn)生的數(shù)據(jù)超過1000W，那么就可能要考慮分庫分表，也就是說要把原來的一個(gè)數(shù)據(jù)庫變成多個(gè)數(shù)據(jù)庫。這時(shí)候，如果一個(gè)操作既要訪問01庫，又訪問02庫，而且還要保證數(shù)據(jù)的一致性，那么就要用到分布式事務(wù)。

2.2 應(yīng)用SOA化

所謂的SOA，就是業(yè)務(wù)的服務(wù)化。比如原來單機(jī)支撐了整個(gè)電商網(wǎng)站，現(xiàn)在對整個(gè)網(wǎng)站進(jìn)行拆解，分離出了訂單中心、庫存中心。對于訂單中心，有專門的數(shù)據(jù)庫存儲訂單信息，庫存中心也會有專門的數(shù)據(jù)庫存儲庫存信息。這時(shí)候如果要同時(shí)對訂單和庫存進(jìn)行操作，那么就會涉及到訂單數(shù)據(jù)庫和庫存數(shù)據(jù)庫，為了保證數(shù)據(jù)一致性，就需要用到分布式事務(wù)。

以上兩種情況表象不同，但是本質(zhì)相同，都是因?yàn)橐僮鞯臄?shù)據(jù)庫變多了！

3. 分布式事務(wù)的應(yīng)用場景

3.1 支付

我們在進(jìn)行支付的時(shí)候，會對買家賬戶進(jìn)行扣款，同時(shí)對賣家賬戶進(jìn)行加錢。這些操作必須在一個(gè)事務(wù)里執(zhí)行，要么全部成功，要么全部失敗。而對于買家賬戶屬于買家中心，對應(yīng)的是買家數(shù)據(jù)庫，而賣家賬戶屬于賣家中心，對應(yīng)的是賣家數(shù)據(jù)庫，對不同數(shù)據(jù)庫的操作必然需要引入分布式事務(wù)。

3.2 在線下單

買家在電商平臺下單，往往會涉及到兩個(gè)動作，一個(gè)是扣庫存，第二個(gè)是更新訂單狀態(tài)，庫存和訂單一般屬于不同的數(shù)據(jù)庫，需要使用分布式事務(wù)保證數(shù)據(jù)一致性。

二. XA 事務(wù)

1. XA協(xié)議

XA（eXtended Architecture）是指由X/Open 組織提出的分布式交易處理的規(guī)范。XA 是一個(gè)分布式事務(wù)協(xié)議，由Tuxedo 提出，所以分布式事務(wù)也稱為XA 事務(wù)。

2. XA協(xié)議構(gòu)成

XA 協(xié)議主要定義了事務(wù)管理器TM（Transaction Manager，協(xié)調(diào)者）和資源管理器RM（Resource Manager，參與者）之間的接口。其中，資源管理器往往由數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)，如Oracle、DB2、MySQL，這些商業(yè)數(shù)據(jù)庫都實(shí)現(xiàn)了XA 接口，而事務(wù)管理器作為全局的調(diào)度者，負(fù)責(zé)各個(gè)本地資源的提交和回滾。XA 事務(wù)是基于兩階段提交（Two-phaseCommit，2PC）協(xié)議實(shí)現(xiàn)的，可以保證數(shù)據(jù)的強(qiáng)一致性，許多分布式關(guān)系型數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)都采用此協(xié)議來完成分布式。階段一為準(zhǔn)備階段，即所有的參與者準(zhǔn)備執(zhí)行事務(wù)并鎖住需要的資源。當(dāng)參與者Ready時(shí)，向TM 匯報(bào)自己已經(jīng)準(zhǔn)備好。階段二為提交階段。當(dāng)TM 確認(rèn)所有參與者都Ready 后，向所有參與者發(fā)送COMMIT 命令。

XA 事務(wù)允許不同數(shù)據(jù)庫的分布式事務(wù)，Oracle、MySQL 和SQL Server 都支持XA 事務(wù)。

3. XA事務(wù)構(gòu)成

XA事務(wù)由一個(gè)或多個(gè)資源管理器(RM)、一個(gè)事務(wù)管理器(TM)和一個(gè)應(yīng)用程序(ApplicationProgram)組成。

• 資源管理器: 提供訪問事務(wù)資源的方法，通常一個(gè)數(shù)據(jù)庫就是一個(gè)資源管理器。
• 事務(wù)管理器: 協(xié)調(diào)參與全局事務(wù)中的各個(gè)事務(wù)，需要和參與全局事務(wù)的所有資源管理器進(jìn)行通信。
• 應(yīng)用程序: 定義事務(wù)的邊界。

4. XA事務(wù)注意事項(xiàng)

XA 事務(wù)的缺點(diǎn)是性能不好，且無法滿足高并發(fā)場景。一個(gè)數(shù)據(jù)庫的事務(wù)和多個(gè)數(shù)據(jù)庫間的XA 事務(wù)性能會相差很多。因此，要盡量避免XA 事務(wù)，如可以將數(shù)據(jù)寫入本地，用高性能的消息系統(tǒng)分發(fā)數(shù)據(jù)，或使用數(shù)據(jù)庫復(fù)制等技術(shù)。只有在其他辦法都無法實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)需求，且性能不是瓶頸時(shí)才使用XA。

三. 常見的分布式事務(wù)解決方案

1. 基于XA協(xié)議的兩階段提交(2PC)

XA是一個(gè)分布式事務(wù)協(xié)議，由Tuxedo提出。XA中大致分為兩部分：事務(wù)管理器和本地資源管理器。其中本地資源管理器往往由數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)，比如Oracle、MySQL這些商業(yè)數(shù)據(jù)庫都實(shí)現(xiàn)了XA接口，而事務(wù)管理器作為全局的調(diào)度者，負(fù)責(zé)各個(gè)本地資源的提交和回滾。

XA實(shí)現(xiàn)分布式事務(wù)的原理如下:

總的來說，XA協(xié)議比較簡單，而且一旦商業(yè)數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)了XA協(xié)議，使用分布式事務(wù)的成本也比較低。

但是，XA也有致命的缺點(diǎn)，那就是性能不理想，特別是在交易下單鏈路，往往并發(fā)量很高，XA無法滿足高并發(fā)場景。XA目前在商業(yè)數(shù)據(jù)庫支持的比較理想，在MySQL數(shù)據(jù)庫中支持的不太理想，MySQL的XA實(shí)現(xiàn)，沒有記錄prepare階段日志，主備切換會導(dǎo)致主庫與備庫數(shù)據(jù)不一致。許多NoSQL也沒有支持XA，這讓XA的應(yīng)用場景變得非常狹隘。

XA兩階段提交的不足

• 1.性能問題
  XA協(xié)議遵循強(qiáng)一致性。在事務(wù)執(zhí)行過程中，各個(gè)節(jié)點(diǎn)占用著數(shù)據(jù)庫資源，只有當(dāng)所有節(jié)點(diǎn)準(zhǔn)備完畢，事務(wù)協(xié)調(diào)者才會通知提交，參與者提交后釋放資源。這樣的過程有著非常明顯的性能問題。
• 2.協(xié)調(diào)者單點(diǎn)故障問題
  事務(wù)協(xié)調(diào)者是整個(gè)XA模型的核心，一旦事務(wù)協(xié)調(diào)者節(jié)點(diǎn)掛掉，參與者收不到提交或是回滾通知，參與者會一直處于中間狀態(tài)無法完成事務(wù)。
• 3.丟失消息導(dǎo)致的不一致問題
  在XA協(xié)議的第二個(gè)階段，如果發(fā)生局部網(wǎng)絡(luò)問題，一部分事務(wù)參與者收到了提交消息，另一部分事務(wù)參與者沒收到提交消息，那么就導(dǎo)致了節(jié)點(diǎn)之間數(shù)據(jù)的不一致。

總結(jié)：

• 優(yōu)點(diǎn): 盡量保證了數(shù)據(jù)的強(qiáng)一致，適合對數(shù)據(jù)強(qiáng)一致要求很高的關(guān)鍵領(lǐng)域(其實(shí)也不能100%保證強(qiáng)一致)
• 缺點(diǎn): 實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，犧牲了可用性，對性能影響較大，不適合高并發(fā)高性能場景，如果分布式系統(tǒng)跨接口調(diào)用。

2. 消息事務(wù)+最終一致性

所謂的消息事務(wù)就是基于消息中間件的兩階段提交，本質(zhì)上是對消息中間件的一種特殊利用，它是將本地事務(wù)和發(fā)消息放在了一個(gè)分布式事務(wù)里，保證要么本地操作成功成功并且對外發(fā)消息成功，要么兩者都失敗，開源的RocketMQ就支持這一特性。

業(yè)務(wù)示意圖:

具體原理如下:

• 1. A系統(tǒng)向消息中間件發(fā)送一條預(yù)備消息;
• 2. 消息中間件保存預(yù)備消息并返回成功;
• 3. A執(zhí)行本地事務(wù);
• 4. A發(fā)送提交消息給消息中間件。

通過以上4步完成了一個(gè)消息事務(wù)。對于以上的4個(gè)步驟，每個(gè)步驟都可能產(chǎn)生錯誤，下面一一分析:

1.如果步驟一出錯，則整個(gè)事務(wù)失敗，不會執(zhí)行A的本地操作；2.如果步驟二出錯，則整個(gè)事務(wù)失敗，不會執(zhí)行A的本地操作；3.如果步驟三出錯，這時(shí)候需要回滾預(yù)備消息，怎么回滾呢？答案是A系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)一個(gè)消息中間件的回調(diào)接口，消息中間件會不斷的執(zhí)行回調(diào)接口，檢查A事務(wù)執(zhí)行是否執(zhí)行成功，如果失敗則回滾預(yù)備消息。4.如果步驟四出錯，這時(shí)候A的本地事務(wù)是成功的，那么消息中間件要回滾A嗎？答案是不需要，其實(shí)通過回調(diào)接口，消息中間件能夠檢查到A執(zhí)行成功了，這時(shí)候其實(shí)不需要A發(fā)提交消息了，消息中間件可以自己對消息進(jìn)行提交，從而完成整個(gè)消息事務(wù)。

消息事務(wù)小結(jié):

• 優(yōu)點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)了最終一致性，不需要依賴本地?cái)?shù)據(jù)庫事務(wù)。
• 缺點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)難度大，主流MQ不支持，RocketMQ事務(wù)消息部分代碼也未開源。

3. 本地消息表(異步確保）

基于消息中間件的兩階段提交往往用在高并發(fā)場景下，將一個(gè)分布式事務(wù)拆成一個(gè)消息事務(wù)(A系統(tǒng)的本地操作+發(fā)消息)和B系統(tǒng)的本地操作。其中B系統(tǒng)的操作由消息驅(qū)動，只要消息事務(wù)成功，那么A操作一定成功，消息也一定發(fā)出來了。這時(shí)候B會收到消息去執(zhí)行本地操作，如果本地操作失敗，消息會重投，直到B操作成功，這樣就變相地實(shí)現(xiàn)了A與B的分布式事務(wù)。

原理如下:

雖然上面的方案能夠完成A和B的操作，但是A和B并不是嚴(yán)格一致的，而是最終一致的。我們在這里犧牲了一致性，換來了性能的大幅度提升。當(dāng)然，這種玩法也是有風(fēng)險(xiǎn)的，如果B一直執(zhí)行不成功，那么一致性會被破壞，具體要不要玩，還是得看業(yè)務(wù)能夠承擔(dān)多少風(fēng)險(xiǎn)。

4. 補(bǔ)償事務(wù)的TCC編程模式

所謂的補(bǔ)償事務(wù)的TCC編程模式，也是兩階段提交的一個(gè)變種。TCC提供了一個(gè)編程框架，將整個(gè)業(yè)務(wù)邏輯分為三塊：Try、Confirm和Cancel三個(gè)操作。

以在線下單為例，Try階段會去扣庫存，Confirm階段則是去更新訂單狀態(tài)，如果更新訂單失敗，則進(jìn)入Cancel階段，會去恢復(fù)庫存。總之，TCC就是通過代碼人為實(shí)現(xiàn)了兩階段提交，不同的業(yè)務(wù)場景所寫的代碼都不一樣，復(fù)雜度也不一樣，因此，這種模式并不能很好地被復(fù)用。

四. 總結(jié)

分布式事務(wù)，本質(zhì)上是對多個(gè)數(shù)據(jù)庫的事務(wù)進(jìn)行統(tǒng)一控制，按照控制力度可以分為：不控制、部分控制和完全控制。

• 不控制就是不引入分布式事務(wù)。
• 部分控制就是各種變種的兩階段提交，包括上面提到的消息事務(wù)+最終一致性、TCC模式，而完全控制就是完全實(shí)現(xiàn)兩階段提交。部分控制的好處是并發(fā)量和性能很好，缺點(diǎn)是數(shù)據(jù)一致性減弱了。
• 完全控制則是犧牲了性能，保障了一致性，具體用哪種方式，最終還是取決于業(yè)務(wù)場景。

作為技術(shù)人員，一定不能忘了技術(shù)是為業(yè)務(wù)服務(wù)的，不要為了技術(shù)而技術(shù)，針對不同業(yè)務(wù)進(jìn)行技術(shù)選型也是一種很重要的能力！

總結(jié)

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