分布式事務的 6 種解決方案
在分布式系統、微服務架構大行其道的今天，服務間互相調用出現失敗已經成為常態(tài)。如何處理異常，如何保證數據一致性，成為微服務設計過程中，繞不開的一個難題。
轉載信息如下：
作者：蘑菇先生
鏈接：https://www.cnblogs.com/mushroom/p/13788039.html
在不同的業(yè)務場景下，解決方案會有所差異，常見的方式有：
阻塞式重試； 2PC、3PC 傳統事務； 使用隊列，后臺異步處理； TCC 補償事務； 本地消息表（異步確保）； MQ 事務。
本文側重于其他幾項，關于 2PC、3PC 傳統事務，網上資料已經非常多了，這里不多做重復。
阻塞式重試
在微服務架構中，阻塞式重試是比較常見的一種方式。偽代碼示例：
m := db.Insert(sql)
err := request(B-Service,m)
func request(url string,body interface{}){
for i:=0; i<3; i ++ {
result, err = request.POST(url,body)
if err == nil {
break
}else {
log.Print()
}
}
}
如上，當請求 B 服務的 API 失敗后，發(fā)起最多三次重試。如果三次還是失敗，就打印日志，繼續(xù)執(zhí)行下或向上層拋出錯誤。這種方式會帶來以下問題：
調用 B 服務成功，但由于網絡超時原因，當前服務認為其失敗了，繼續(xù)重試，這樣 B 服務會產生 2 條一樣的數據。 調用 B 服務失敗，由于 B 服務不可用，重試 3 次依然失敗，當前服務在前面代碼中插入到 DB 的一條記錄，就變成了臟數據。 重試會增加上游對本次調用的延遲，如果下游負載較大，重試會放大下游服務的壓力。
第一個問題：通過讓 B 服務的 API 支持冪等性來解決。
第二個問題：可以通過后臺定時腳步去修正數據，但這并不是一個很好的辦法。
第三個問題：這是通過阻塞式重試提高一致性、可用性，必不可少的犧牲。
阻塞式重試適用于業(yè)務對一致性要求不敏感的場景下。如果對數據一致性有要求的話，就必須要引入額外的機制來解決。
異步隊列
在解決方案演化的過程中，引入隊列是個比較常見也較好的方式。如下示例：
m := db.Insert(sql)
err := mq.Publish("B-Service-topic",m)
在當前服務將數據寫入 DB 后，推送一條消息給 MQ，由獨立的服務去消費 MQ 處理業(yè)務邏輯。和阻塞式重試相比，雖然 MQ 在穩(wěn)定性上遠高于普通的業(yè)務服務，但在推送消息到 MQ 中的調用，還是會有失敗的可能性，比如網絡問題、當前服務宕機等。這樣還是會遇到阻塞式重試相同的問題，即 DB 寫入成功了，但推送失敗了。
理論上來講，分布式系統下，涉及多個服務調用的代碼都存在這樣的情況，在長期運行中，調用失敗的情況一定會出現。這也是分布式系統設計的難點之一。
TCC 補償事務
在對事務有要求，且不方便解耦的情況下，TCC 補償式事務是個較好的選擇。
TCC 把調用每個服務都分成 2 個階段、3 個操作：
階段一、Try 操作：對業(yè)務資源做檢測、資源預留，比如對庫存的檢查、預扣。 階段二、Confirm 操作：提交確認 Try 操作的資源預留。比如把庫存預扣更新為扣除。 階段二、Cancel 操作：Try 操作失敗后，釋放其預扣的資源。比如把庫存預扣的加回去。
TCC 要求每個服務都實現上面 3 個操作的 API，服務接入 TCC 事務前一次調用就完成的操作，現在需要分 2 階段完成、三次操作來完成。
比如一個商城應用需要調用 A 庫存服務、B 金額服務、C 積分服務，如下偽代碼：
m := db.Insert(sql)
aResult, aErr := A.Try(m)
bResult, bErr := B.Try(m)
cResult, cErr := C.Try(m)
if cErr != nil {
A.Cancel()
B.Cancel()
C.Cancel()
} else {
A.Confirm()
B.Confirm()
C.Confirm()
}
代碼中分別調用 A、B、C 服務 API 檢查并保留資源，都返回成功了再提交確認（Confirm）操作；如果 C 服務 Try 操作失敗后，則分別調用 A、B、C 的 Cancel API 釋放其保留的資源。
TCC 在業(yè)務上解決了分布式系統下，跨多個服務、跨多個數據庫的數據一致性問題。但 TCC 方式依然存在一些問題，實際使用中需要注意，包括上面章節(jié)提到的調用失敗的情況。
空釋放
上面代碼中如果 C.Try() 是真正調用失敗，那下面多余的 C.Cancel() 調用會出現釋放并沒有鎖定資源的行為。這是因為當前服務無法判斷調用失敗是不是真的鎖定 C 資源了。如果不調用，實際上成功了，但由于網絡原因返回失敗了，這會導致 C 的資源被鎖定，一直得不到釋放。
空釋放在生產環(huán)境經常出現，服務在實現 TCC 事務 API 時，應支持空釋放的執(zhí)行。
時序
上面代碼中如果 C.Try() 失敗，接著調用 C.Cancel() 操作。因為網絡原因，有可能會出現 C.Cancel() 請求會先到 C 服務，C.Try() 請求后到，這會導致空釋放問題，同時引起 C 的資源被鎖定，一直得不到釋放。
所以 C 服務應拒絕釋放資源之后的 Try() 操作。具體實現上，可以用唯一事務ID來區(qū)分第一次 Try() 還是釋放后的 Try()。
調用失敗
Cancel 、Confirm 在調用過程中，還是會存在失敗的情況，比如常見的網絡原因。
Cancel() 或 Confirm() 操作失敗都會導致資源被鎖定，一直得不到釋放。這種情況常見解決方案有：
阻塞式重試。但有同樣的問題，比如宕機、一直失敗的情況。 寫入日志、隊列，然后有單獨的異步服務自動或人工介入處理。但一樣會有問題，寫日志或隊列時，會存在失敗的情況。
理論上來講非原子性、事務性的二段代碼，都會存在中間態(tài)，有中間態(tài)就會有失敗的可能性。
本地消息表
本地消息表最初是 ebay 提出的，它讓本地消息表與業(yè)務數據表處于同一個數據庫中，這樣就能利用本地事務來滿足事務特性。
具體做法是在本地事務中插入業(yè)務數據時，也插入一條消息數據。然后在做后續(xù)操作，如果其他操作成功，則刪除該消息；如果失敗則不刪除，異步監(jiān)聽這個消息，不斷重試。
本地消息表是一個很好的思路，可以有多種使用方式：
配合 MQ
示例偽代碼：
messageTx := tc.NewTransaction("order")
messageTxSql := tx.TryPlan("content")
m,err := db.InsertTx(sql,messageTxSql)
if err!=nil {
return err
}
aErr := mq.Publish("B-Service-topic",m)
if aErr!=nil { // 推送到 MQ 失敗
messageTx.Confirm() // 更新消息的狀態(tài)為 confirm
}else {
messageTx.Cancel() // 刪除消息
}
// 異步處理 confirm 的消息，繼續(xù)推送
func OnMessage(task *Task){
err := mq.Publish("B-Service-topic", task.Value())
if err==nil {
messageTx.Cancel()
}
}
上面代碼中其 messageTxSql 是插入本地消息表的一段 SQL ：
insert into `tcc_async_task` (`uid`,`name`,`value`,`status`) values ('?','?','?','?')
它和業(yè)務 SQL 在同一個事務中去執(zhí)行，要么成功，要么失敗。
成功則推送到隊列，推送成功，則調用 messageTx.Cancel() 刪除本地消息；推送失敗則標記消息為 confirm。本地消息表中 status 有 2 種狀態(tài) try、confirm， 無論哪種狀態(tài)在 OnMessage 都可以監(jiān)聽到，從而發(fā)起重試。
本地事務保障消息和業(yè)務一定會寫入數據庫，此后的執(zhí)行無論宕機還是網絡推送失敗，異步監(jiān)聽都可以進行后續(xù)處理，從而保障了消息一定會推到 MQ。
而 MQ 則保障一定會到達消費者服務中，利用 MQ 的 QOS 策略，消費者服務一定能處理，或繼續(xù)投遞到下一個業(yè)務隊列中，從而保障了事務的完整性。
配合服務調用
示例偽代碼：
messageTx := tc.NewTransaction("order")
messageTxSql := tx.TryPlan("content")
body,err := db.InsertTx(sql,messageTxSql)
if err!=nil {
return err
}
aErr := request.POST("B-Service",body)
if aErr!=nil { // 調用 B-Service 失敗
messageTx.Confirm() // 更新消息的狀態(tài)為 confirm
}else {
messageTx.Cancel() // 刪除消息
}
// 異步處理 confirm 或 try 的消息，繼續(xù)調用 B-Service
func OnMessage(task *Task){
// request.POST("B-Service",body)
}
這是本地消息表 + 調用其他服務的例子，沒有 MQ 的引入。這種使用異步重試，并用本地消息表保障消息的可靠性，解決了阻塞式重試帶來的問題，在日常開發(fā)中比較常見。
如果本地沒有要寫 DB 的操作，可以只寫入本地消息表，同樣在 OnMessage 中處理：
messageTx := tc.NewTransaction("order")
messageTx := tx.Try("content")
aErr := request.POST("B-Service",body)
// ....
消息過期
配置本地消息表的 Try 和 Confirm 消息的處理器：
TCC.SetTryHandler(OnTryMessage())
TCC.SetConfirmHandler(OnConfirmMessage())
在消息處理函數中要判斷當前消息任務是否存在過久，比如一直重試了一小時，還是失敗，就考慮發(fā)郵件、短信、日志告警等方式，讓人工介入。
func OnConfirmMessage(task *tcc.Task) {
if time.Now().Sub(task.CreatedAt) > time.Hour {
err := task.Cancel() // 刪除該消息，停止重試。
// doSomeThing() 告警，人工介入
return
}
}
在 Try 處理函數中，還要單獨判斷當前消息任務是否存在過短，因為 Try狀態(tài)的消息，可能才剛剛創(chuàng)建，還沒被確認提交或刪除。這會和正常業(yè)務邏輯的執(zhí)行重復，意味著成功的調用，也會被重試；為盡量避免這種情況，可以檢測消息的創(chuàng)建時間是否很短，短的話可以跳過。
重試機制必然依賴下游 API 在業(yè)務邏輯上的冪等性，雖然不處理也可行，但設計上還是要盡量避免干擾正常的請求。
獨立消息服務
獨立消息服務是本地消息表的升級版，把本地消息表抽離成一個獨立的服務。所有操作之前先在消息服務添加個消息，后續(xù)操作成功則刪除消息，失敗則提交確認消息。
然后用異步邏輯去監(jiān)聽消息，做對應的處理，和本地消息表的處理邏輯基本一致。但由于向消息服務添加消息，無法和本地操作放到一個事務里，所以會存在添加消息成功，后續(xù)失敗，則此時的消息就是個無用消息。
如下示例場景：
err := request.POST("Message-Service",body)
if err!=nil {
return err
}
aErr := request.POST("B-Service",body)
if aErr!=nil {
return aErr
}
這個無用的消息，需要消息服務去確認這個消息是否執(zhí)行成功，沒有則刪除，有繼續(xù)執(zhí)行后續(xù)邏輯。相比本地事務表 try 和 confirm，消息服務在前面多了一種狀態(tài) prepare。
MQ 事務
有些 MQ 的實現支持事務，比如 RocketMQ 。MQ 的事務可以看作獨立消息服務的一種具體實現，邏輯完全一致。
所有操作之前先在 MQ 投遞個消息，后續(xù)操作成功則 Confirm 確認提交消息，失敗則Cancel刪除消息。MQ 事務也會存在 prepare狀態(tài)，需要 MQ 的消費處理邏輯來確認業(yè)務是否成功。
總結
從分布式系統實踐中來看，要保障數據一致性的場景，必然要引入額外的機制處理。
TCC 的優(yōu)點是作用于業(yè)務服務層，不依賴某個具體數據庫、不與具體框架耦合、資源鎖的粒度比較靈活，非常適用于微服務場景下。缺點是每個服務都要實現 3 個 API，對于業(yè)務侵入和改動較大，要處理各種失敗異常。開發(fā)者很難完整處理各種情況，找個成熟的框架可以大大降低成本，比如阿里的 Fescar。
本地消息表的優(yōu)點是簡單、不依賴其他服務的改造、可以很好的配合服務調用和 MQ 一起使用，在大多業(yè)務場景下都比較實用。缺點是本地數據庫多了消息表，和業(yè)務表耦合在一起。文中本地消息表方式的示例，來源于作者寫的一個庫，有興趣的同學可以參考下 https://github.com/mushroomsir/tcc
MQ 事務和獨立消息服務的優(yōu)點是抽離出一個公共的服務來解決事務問題，避免每個服務都有消息表和服務耦合在一起，增加服務自身的處理復雜性。缺點是支持事務的 MQ 很少；且每次操作前都先調用 API 添加個消息，會增加整體調用的延遲，在絕大多數正常響應的業(yè)務場景下，是一種多余的開銷。
TCC 參考：https://www.sofastack.tech/blog/seata-tcc-theory-design-realization/
MQ 事務參考：https://www.jianshu.com/p/eb571e4065ec
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