分布式事务概念及解决方案

本地事务

将一个单一的服务操作作为一个事务,那么整个服务操作只能涉及一个单一的数据库资源,这类基于单个服务单一数据库资源访问的事务,被称为本地事务

分布式事务

分布式事务指事务的参与者、支持事务的服务器、资源服务器以及事务管理器分别 位于不同的分布式系统的不同节点之上,且属于不同的应用,分布式事务需要保证这些操作要么全部成功,要么全部失败。本质上来说,分布式事务就是为了保证不同数据库的数据一致性

如果一个服务操作需要调用另外一个服务,这时的事务就需要跨越多个服务了。在这种情况下,起始于某个服务的事务在调用另外一个服务的时候,需要以某种机制流转到另外一个服务,从而使被调用的服务访问 的资源也自动加入到该事务当中来。

在一个跨服务的分布式事务中,事务的发起者和提交均是同一个,它可以是整个调用的客户端,也可以是客户端最先调用的那个服务。 

较之基于单一数据库资源访问的本地事务,分布式事务的应用架构更为复杂。在不 同的分布式应用架构下,实现一个分布式事务要考虑的问题并不完全一样,比如对多资 源的协调、事务的跨服务传播等,实现机制也是复杂多变。 

CAP定理

CAP定理是在 1998年加州大学的计算机科学家 Eric Brewer (埃里克.布鲁尔)提出,分 布式系统有三个指标:

1、Consistency   一致性 

2、Availability     可用性 

3、Partition tolerance   分区容错 

这三个指标不可能同时做到,这个结论就叫做 CAP 定理。

分区容错  Partition tolerance 

大多数分布式系统都分布在多个子网络。每个子网络就叫做一个区(partition)。分区 容错的意思是,区间通信可能失败。比如,一台服务器放在中国,另一台服务器放在美国,这就是两个区,它们之间可能无法通信。

G1 和 G2 是两台跨区的服务器。G1 向 G2 发送一条消息,G2 可能无法收到。 系统设计的时候,必须考虑到这种情况。一般来说,分区容错无法避免,因此可以认为 CAP 的 P 总是成立。CAP 定理告诉我们, 剩下的 C 和 A 无法同时做到。

可用性 Availability 

Availability 中文叫做"可用性",意思是只要收到用户的请求,服务器就必须给出回应。 用户可以选择向 G1 或 G2 发起读操作。不管是哪台服务器,只要收到请求,就必须告诉 用户,到底是 v0 还是 v1,否则就不满足可用性。

一致性 Consistency 

Consistency 中文叫做"一致性"。意思是,写操作之后的读操作,必须返回该值。举例来说,某条记录是 v0,用户向 G1 发起一个写操作,将其改为 v1。问题是,用户有可能向 G2 发起读操作,由于 G2 的值没有发生变化,因此返回的是 v0。G1 和 G2 读操作的结果不一致,这就不满足一致性了。

为了让 G2 也能变为 v1,就要在 G1 写操作的时候,让 G1 向 G2 发送一条消息,要求 G2 也改成 v1。

一致性和可用性的矛盾 

一致性和可用性,为什么不可能同时成立?答案很简单,因为可能通信失败(即出现分区容错)。

如果保证 G2 的一致性,那么 G1 必须在写操作时,锁定 G2 的读操作和写操作。只有数 据同步后,才能重新开放读写。锁定期间,G2 不能读写,没有可用性。

如果保证 G2 的可用性,那么势必不能锁定 G2,所以一致性不成立。

G2 无法同时做到一致性和可用性。系统设计时只能选择一个目标。如果追求 一致性,那么无法保证所有节点的可用性;如果追求所有节点的可用性,那就没法做到 一致性。

BASE理论

BASE:全称:Basically Available(基本可用),Soft state(软状态),和 Eventually consistent(最终一致性)三个短语的缩写,来自 ebay 的架构师提出。BASE 理论是对 CAP 中一致性和可用性权衡的结果,其来源于对大型互联网分布式实践的总结,是基于 CAP 定理逐步演化而来的。其核心思想是:

即使无法做到强一致性(Strong consistency),但每个应用都可以根据自身的业务特点,采用适当的方式来使系统达到最终一致性(Eventual consistency)。

Basically Available(基本可用) 

什么是基本可用呢?假设系统,出现了不可预知的故障,但还是能用,相比较正常的系统而言:

1. 响应时间上的损失:正常情况下的搜索引擎 0.5 秒即返回给用户结果,而基本可用的 搜索引擎可以在 1 秒作用返回结果。

2. 功能上的损失:在一个电商网站上,正常情况下,用户可以顺利完成每一笔订单,但是到了大促期间,为了保护购物系统的稳定性,部分消费者可能会被引导到一个降级页面。

Soft state(软状态)

什么是软状态呢?相对于原子性而言,要求多个节点的数据副本都是一致的,这是一种 “硬状态”。
软状态指的是:允许系统中的数据存在中间状态,并认为该状态不影响系统的整体可用性,即允许系统在多个不同节点的数据副本存在数据延时。

Eventually consistent(最终一致性) 

系统能够保证在没有其他新的更新操作的情况下,数据最终一定能够达到一致的状态, 因此所有客户端对系统的数据访问最终都能够获取到最新的值。 


分布式事务解决方案

①基于XA协议的两阶段提交 

分布式事务处理的XA规范 : 

可知XA规范中分布式事务有AP,RM,TM组成: 其中应用程序(Application Program ,简称AP):AP定义事务边界(定义事务开始和结 束)并访问事务边界内的资源。

资源管理器(Resource Manager,简称RM):Rm管理计算机共享的资源,许多软件都可 以去访问这些资源,资源包含比如数据库、文件系统、打印机服务器等。

事务管理器(Transaction Manager ,简称TM):负责管理全局事务,分配事务唯一标 识,监控事务的执行进度,并负责事务的提交、回滚、失败恢复等。

二阶段协议:

第一阶段TM要求所有的RM准备提交对应的事务分支,询问RM是否有能力保证成功的提 交事务分支,RM根据自己的情况,如果判断自己进行的工作可以被提交,那就就对工作 内容进行持久化,并给TM回执OK;否者给TM的回执NO。RM在发送了否定答复并回滚 了已经的工作后,就可以丢弃这个事务分支信息了。

第二阶段TM根据阶段1各个RM prepare的结果,决定是提交还是回滚事务。如果所有的 RM都prepare成功,那么TM通知所有的RM进行提交;如果有RM prepare回执NO的 话,则TM通知所有RM回滚自己的事务分支。

也就是TM与RM之间是通过两阶段提交协议进行交互的.

优点: 尽量保证了数据的强一致,适合对数据强一致要求很高的关键领域。(其实也不能100%保证强一致)
缺点: 实现复杂,牺牲了可用性,对性能影响较大,不适合高并发高性能场景。

②TCC补偿机制 

TCC 其实就是采用的补偿机制,其核心思想是:针对每个操作,都要注册一个与其对应 的确认和补偿(撤销)操作。它分为三个阶段:

Try 阶段主要是对业务系统做检测及资源预留

Confirm 阶段主要是对业务系统做确认提交,Try阶段执行成功并开始执行 Confirm 阶段时,默认 Confirm阶段是不会出错的。即:只要Try成功,Confirm一定成功。

Cancel 阶段主要是在业务执行错误,需要回滚的状态下执行的业务取消,预留资源释放。

例如: A要向 B 转账,思路大概是: 

我们有一个本地方法,里面依次调用   

1、首先在 Try 阶段,要先调用远程接口把 B和 A的钱给冻结起来。  

 2、在 Confirm 阶段,执行远程调用的转账的操作,转账成功进行解冻。   

3、如果第2步执行成功,那么转账成功,如果第二步执行失败,则调用远程冻结接口对应的解冻方法 (Cancel)。 

优点: 相比两阶段提交,可用性比较强

缺点: 数据的一致性要差一些。TCC属于应用层的一种补偿方式,所以需要程序员在实 现的时候多写很多补偿的代码,在一些场景中,一些业务流程可能用TCC不太好定义及处 理。

③消息最终一致性

消息最终一致性应该是业界使用最多的,其核心思想是将分布式事务拆分成本地事务进 行处理,这种思路是来源于ebay。我们可以从下面的流程图中看出其中的一些细节: 

基本思路就是:

消息生产方,需要额外建一个消息表,并记录消息发送状态。消息表和业务数据要在一 个事务里提交,也就是说他们要在一个数据库里面。然后消息会经过MQ发送到消息的消 费方。如果消息发送失败,会进行重试发送。

消息消费方,需要处理这个消息,并完成自己的业务逻辑。此时如果本地事务处理成 功,表明已经处理成功了,如果处理失败,那么就会重试执行。如果是业务上面的失 败,可以给生产方发送一个业务补偿消息,通知生产方进行回滚等操作。

生产方和消费方定时扫描本地消息表,把还没处理完成的消息或者失败的消息再发送一 遍。如果有靠谱的自动对账补账逻辑,这种方案还是非常实用的。

优点: 一种非常经典的实现,避免了分布式事务,实现了最终一致性。
缺点: 消息表会耦合到业务系统中,如果没有封装好的解决方案,会有很多杂活需要处 理。 


 

发布了100 篇原创文章 · 获赞 25 · 访问量 1万+

猜你喜欢

转载自blog.csdn.net/qq_40885085/article/details/104488689
今日推荐