【seata】为什么需要分布式事务？(2PC、TCC)

背景

分布式事务实现方案从类型上去分刚性事务、柔型事务。刚性事务：通常无业务改造，强一致性，原生支持回滚/隔离性，低并发，适合短事务。柔性事务：有业务改造，最终一致性，实现补偿接口，实现资源锁定接口，高并发，适合长事务。

• 刚性事务：XA 协议（2PC、JTA、JTS）、3PC

• 柔型事务：TCC/FMT、Saga（状态机模式、Aop模式）、本地事务消息、消息事务（半消息）

1. Seata简介

Seata(Simple Extensible Autonomous Transaction Architecture) 是 阿里巴巴开源的分布式事务中间件，以高效并且对业务 0 侵入的方式，解决微服务场景下面临的分布式事务问题。

附上项目github链接 https://github.com/seata

1.1 分布式事务产生背景

讲到事务，又得搬出经典的银行转账问题了，下面以实例说明：

假设银行(bank)中有两个客户(name)张三和李四，我们需要将张三的1000元存款(sal)转到李四的账户上，目标就是张三账户减1000，李四账户加1000，不能出现中间步骤(张三减1000，李四没加)

假设dao层代码如下：

public interface BankMapper {/*** @param userName 用户名* @param changeSal 余额变动值*/public void updateSal(String userName,int changeSal);
}

对应xml中sql如下：

<update id="updateSal">update bank SET sal = sal+#{changeSal}  WHERE name = #{userName}</update>

如果两个用户对应的银行存款数据在一个数据源中，即一个数据库中，那么service层代码可以如下编写：

/*** @param fromUserName 转账人* @param toUserName 被转账人* @param changeSal 转账额度*/@Transactional(rollbackFor = Exception.class)public void changeSal(String fromUserName,String toUserName,int changeSal) {bankMapper.updateSal(fromUserName, -1 * changeSal);bankMapper.updateSal(toUserName, changeSal);}

通过spring框架下的@Transactional注解来保证单一数据源增删改查的一致性

但是随着业务的不断扩大，用户数在不断变多，几百万几千万用户时数据可以存一个库甚至一个表里，假设有10个亿的用户？

1.1.1 数据库的水平分割

为了解决数据库上的瓶颈，分库是很常见的解决方案，不同用户就可能落在不同的数据库里，原来一个库里的事务操作，现在变成了跨数据库的事务操作。

此时@Transactional注解就失效了，这就是跨数据库分布式事务问题

1.1.2 微服务化

当然，更多的情形是随着业务不断增长，将业务中不同模块服务拆分成微服务后，同时调用多个微服务所产生的

微服务化的银行转账情景往往是这样的:

• 调用交易系统服务创建交易订单；
• 调用支付系统记录支付明细；
• 调用账务系统执行 A 扣钱；
• 调用账务系统执行 B 加钱;

如图所示，每个系统都对应一个独立的数据源，且可能位于不同机房，同时调用多个系统的服务很难保证同时成功，这就是跨服务分布式事务问题。

2. 分布式事务理论基础

2.1 两阶段提交(2pc)

2.2 TCC

2.2.1 基本原理

TCC 将事务提交分为 Try - Confirm - Cancel 3个操作。其和两阶段提交有点类似，Try为第一阶段，Confirm - Cancel为第二阶段，是一种应用层面侵入业务的两阶段提交。

其核心在于将业务分为两个操作步骤完成。不依赖 RM 对分布式事务的支持，而是通过对业务逻辑的分解来实现分布式事务。

下面还是以银行转账例子来说明

假设用户user表中有两个字段：可用余额(available_money)、冻结余额(frozen_money)
A扣钱对应服务A(ServiceA)
B加钱对应服务B(ServiceB)
转账订单服务(OrderService)
业务转账方法服务(BusinessService)

ServiceA，ServiceB，OrderService都需分别实现try()，confirm()，cancle()方法，方法对应业务逻辑如下：

步骤一 业务调用方BusinessService中就需要调用：
ServiceA.try()
ServiceB.try()
OrderService.try()

步骤二：
1、当所有try()方法均执行成功时，对全局事物进行提交，即由事物管理器调用每个微服务的confirm()方法
2、 当任意一个方法try()失败(预留资源不足，抑或网络异常，代码异常等任何异常)，由事物管理器调用每个微服务的cancle()方法对全局事务进行回滚：

引用网上一张TCC原理的参考图片：

2.2.2 幂等控制

使用TCC时要注意Try - Confirm - Cancel 3个操作的幂等控制，网络原因，或者重试操作都有可能导致这几个操作的重复执行

业务实现过程中需重点关注幂等实现，讲到幂等，以上述TCC转账例子中confirm()方法来说明

在confirm()方法中：
余额-1000，冻结余额-1000，这一步是实现幂等性的关键，你会怎么做？

大家在自己系统里操作资金账户时，为了防止并发情况下数据不一致的出现，肯定会避免出现这种代码：

//根据userId查到账户
Account account = accountMapper.selectById(userId);
//取出当前资金
int availableMoney = account.getAvailableMoney();
account.setAvailableMoney(availableMoney-1000);
//更新剩余资金
accountMapper.update(account);

因为这本质上是一个 读-改-写的过程，不是原子的，在并发情况下会出现数据不一致问题

所以最简单的做法是：

update account set available_money = available_money-1000 where user_id=#{userId}

这利用了数据库行锁特性解决了并发情况下的数据不一致问题，但是TCC中，单纯使用这个方法适用么？

答案是不行的，该方法能解决并发单次操作下的扣减余额问题，但是不能解决多次操作带来的多次扣减问题，假设我执行了两次，按这种方案，用户账户就少了2000块

那么具体怎么做？上诉转账例子中，可以引入转账订单状态来做判断，若订单状态为已支付，则直接return：

if( order!=null && order.getStatus().equals("转账成功")){return;
}

当然，新建一张去重表，用订单id做唯一建，若插入报错返回也是可以的，不管怎么样，核心就是保证，操作幂等性

2.2.3 空回滚

如下图所示，事务协调器在调用TCC服务的一阶段Try操作时，可能会出现因为丢包而导致的网络超时，此时事务协调器会触发二阶段回滚，调用TCC服务的Cancel操作；

TCC服务在未收到Try请求的情况下收到Cancel请求，这种场景被称为空回滚；TCC服务在实现时应当允许空回滚的执行；

如上图，阶段1消息丢失，阶段二收到cancel消息

那么具体代码里怎么做呢？
分析下，如果try()方法没执行，那么订单一定没创建，所以cancle方法里可以加一个判断，如果上下文中订单编号orderNo不存在或者订单不存在，直接return

if(orderNo==null || order==null){return;
}

核心思想就是 回滚请求处理时，如果对应的具体业务数据为空，则返回成功

当然这种问题也可以通过中间件层面来实现，如，在第一阶段try()执行完后，向一张事务表中插入一条数据(包含事务id，分支id)，cancle()执行时，判断如果没有事务记录则直接返回，但是现在还不支持

2.2.4 防悬挂

如下图所示，事务协调器在调用TCC服务的一阶段Try操作时，可能会出现因网络拥堵而导致的超时，此时事务协调器会触发二阶段回滚，调用TCC服务的Cancel操作；在此之后，拥堵在网络上的一阶段Try数据包被TCC服务收到，出现了二阶段Cancel请求比一阶段Try请求先执行的情况；

用户在实现TCC服务时，应当允许空回滚，但是要拒绝执行空回滚之后到来的一阶段Try请求；

这里又怎么做呢？

可以在二阶段执行时插入一条事务控制记录，状态为已回滚，这样当一阶段执行时，先读取该记录，如果记录存在，就认为二阶段回滚操作已经执行，不再执行try方法；

参考

Quick Start
Quick Start Source
Seata实现分布式事务
Seata实现2PC事务控制
Seata实战-分布式事务简介及demo上手 参考主体