1、什么是事務(wù)？

一般的事務(wù)，指的是本地事務(wù)，單機(jī)上的事務(wù)。事務(wù)提供了一種機(jī)制，能夠?qū)⒁唤M操作放在一個(gè)不可分割的、獨(dú)立的執(zhí)行單元中，其中所有的操作要么被完全執(zhí)行，要么完全失敗。也就是，當(dāng)其中一個(gè)操作執(zhí)行失敗的時(shí)候，都會(huì)讓整個(gè)事務(wù)回滾。

2、什么是全局事務(wù)？

全局事務(wù)是全局事務(wù)管理來(lái)實(shí)現(xiàn)全局管理。

假設(shè)有一個(gè)事務(wù)管理器，多個(gè)資源管理器在工作，事務(wù)管理器主要控制全局事務(wù)，管理事務(wù)和協(xié)調(diào)參與的資源，協(xié)同資源的一致提交和回滾等；資源管理器就控制和管理資源。

這里涉及到兩個(gè)協(xié)議：TX 協(xié)議和 XA 協(xié)議。

TX 協(xié)議：應(yīng)用或應(yīng)用服務(wù)器與事務(wù)管理器的接口。

XA 協(xié)議：全局事務(wù)管理器和資源事務(wù)管理器的接口。XA 協(xié)議是 X/Open 組織提出的分布式事務(wù)的規(guī)范，當(dāng)下主流的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)產(chǎn)品都實(shí)現(xiàn)了 XA 接口，它是雙向的系統(tǒng)接口，為事務(wù)管理器和 N 個(gè)資源管理器提供通信橋梁。

在分布式系統(tǒng)中，需要引入一個(gè)單點(diǎn)來(lái)對(duì)兩臺(tái)機(jī)器進(jìn)行協(xié)調(diào)，因?yàn)樗鼈儫o(wú)法達(dá)到一致的狀態(tài)，也就是 XA 需要引入事務(wù)管理器。這時(shí)，全局管理器負(fù)責(zé)管理和協(xié)調(diào)的事務(wù)，就能跨越多個(gè)資源和進(jìn)程。

3、什么是事務(wù)的 ACID 特性？

事務(wù)的 ACID 特性，特指本地事務(wù)的特性。分布式事務(wù)是多個(gè)事務(wù)的組合，也基本能滿足 ACID，其中一致性是強(qiáng)一致性，為了保證數(shù)據(jù)一致性或完整性。由于分布式系統(tǒng)規(guī)模不小，也會(huì)越來(lái)越復(fù)雜，當(dāng)需要達(dá)成強(qiáng)一致性將要耗費(fèi)的時(shí)間會(huì)更長(zhǎng)。后來(lái)出現(xiàn)了 BASE 理論，采用最終一致性來(lái)代替強(qiáng)一致性。

另外，隔離性是一種嚴(yán)格意義上的隔離，串行執(zhí)行的多個(gè)事務(wù)互不干擾，能夠保證數(shù)據(jù)的安全性，但性能很低，隔離級(jí)別和數(shù)據(jù)庫(kù)的性能是成反比的。數(shù)據(jù)庫(kù)的隔離級(jí)別有四種：Read uncommitted（讀未提交）、Read committed（讀提交）、Repeatable read（重復(fù)度）、Serializable（序列化）。

原子性（Atomicity）：事務(wù)是一個(gè)不能分割的執(zhí)行單元，只有兩種狀態(tài)，要么全部執(zhí)行成功，要么全部不執(zhí)行。如果事務(wù)中的出現(xiàn)任何一個(gè)操作失敗，整個(gè)事務(wù)就失敗，將會(huì)被回滾到之前的狀態(tài)。

一致性（Consistency）：事務(wù)在操作前到操作后，數(shù)據(jù)的完整性保持一致沒(méi)有被破環(huán)。

隔離性（Isolation）：如果系統(tǒng)內(nèi)存在多個(gè)事務(wù)，且并發(fā)執(zhí)行，但他們的執(zhí)行是相互獨(dú)立且不會(huì)相互干擾，某個(gè)事務(wù)內(nèi)部的操作和數(shù)據(jù)，其他事務(wù)不可干涉。

持久性（Durability）：當(dāng)一個(gè)事務(wù)完成后，處理好的結(jié)果也將在數(shù)據(jù)庫(kù)永久保存下來(lái)，哪怕系統(tǒng)出現(xiàn)崩潰、宕機(jī)，在系統(tǒng)恢復(fù)且能重新被訪問(wèn)，一樣能看到事務(wù)提交的結(jié)果。

4、什么是分布式事務(wù)？

簡(jiǎn)單理解，分布式事務(wù)是在分布式系統(tǒng)中的本地事務(wù)，指在多節(jié)點(diǎn)、多機(jī)器、多服務(wù)的環(huán)境中涉及的事務(wù)操作。

核心點(diǎn)，分布式事務(wù)主要是解決在分布式系統(tǒng)環(huán)境下，組合事務(wù)的一致性問(wèn)題。

目前，主要結(jié)合消息中間件共同處理相關(guān)操作，MQ 能實(shí)現(xiàn)異步通信、解耦和并發(fā)緩沖等問(wèn)題。因?yàn)?MQ 擁有高并發(fā)、高吞吐能力，又能緩沖消息、靈活調(diào)整消息的處理效率，這就可以提升系統(tǒng)的并發(fā)量。

5、如何實(shí)現(xiàn)分布式事務(wù)？

常見(jiàn)實(shí)現(xiàn)方式有遵從 ACID 的強(qiáng)一致性方式和遵從 BASE 理論的最終一致性方式，分別如下：

1）兩階段提交協(xié)議

2）三階段提交協(xié)議

3）基于消息的最終一致性

5.1 兩階段提交

基于 XA 協(xié)議的兩階段提交協(xié)議（Two-phase Commit Protocol, 2PC）方法，主要是 XA 能分離兩部分來(lái)看，全局事務(wù)管理器和資源事務(wù)管理器。它具有能協(xié)調(diào)多個(gè)資源的機(jī)制，在 TM（事務(wù)管理器） 和 RM（資源管理器） 之間采取兩階段提交的方案來(lái)解決一致性問(wèn)題。

TM 充當(dāng)協(xié)調(diào)者，它會(huì)根據(jù)所有參與的 RM 的操作結(jié)果，來(lái)判斷和控制是否需要最終提交。這過(guò)程會(huì)先經(jīng)過(guò)投票，然后提交兩個(gè)階段。

過(guò)程很簡(jiǎn)單，TM 向 RM 發(fā)起準(zhǔn)備操作的請(qǐng)求，然后等 RM 的響應(yīng)。當(dāng) RM 接收到請(qǐng)求之后，會(huì)去執(zhí)行請(qǐng)求中的事務(wù)操作，注意，這里單個(gè) RM 沒(méi)那么快提交，只會(huì)先記錄日志信息，然后發(fā)送 Yes/No 給 TM，表示成功/終止操作指令。當(dāng)所有 RM 都發(fā)送 Yes 的時(shí)候，才進(jìn)入最終提交階段，等提交完成后，整個(gè)事務(wù)就結(jié)束了。

從上圖可以看到，協(xié)調(diào)者下發(fā)請(qǐng)求事務(wù)操作，參與者將操作的結(jié)果返回協(xié)調(diào)者，根據(jù)所有參與者的最終反饋結(jié)果來(lái)判斷是要提交呢？還是回滾呢？

5.2 兩階段提交事務(wù)解決方案的利弊

1）滿足了事務(wù)的 ACID 的特性；

2）在執(zhí)行過(guò)程中，2PC是反伸縮模式的，所有參與的節(jié)點(diǎn)都是事務(wù)阻塞型的，當(dāng)業(yè)務(wù)規(guī)模越來(lái)越大的時(shí)候，局限性會(huì)更明顯。參與者會(huì)一直持有資源直到整個(gè)分布式事務(wù)結(jié)束；

3）容易出現(xiàn)單點(diǎn)故障問(wèn)題，2PC 類似于集中式算法，萬(wàn)一 TM 發(fā)生故障，RM 會(huì)去等 TM 的消息，然后會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)都處于停滯狀態(tài)。

4）還有可能出現(xiàn)數(shù)據(jù)不一致的問(wèn)題，萬(wàn)一網(wǎng)絡(luò)抖動(dòng)，網(wǎng)絡(luò)局部異?，F(xiàn)象，就只有部分 RM 接收到提交請(qǐng)求并執(zhí)行操作，其他未接到提交請(qǐng)求的 RM 就不會(huì)執(zhí)行事務(wù)提交操作，很明顯的數(shù)據(jù)不一致問(wèn)題。

5.3 三階段提交

為了解決上面兩階段提交會(huì)遇到的同步阻塞、數(shù)據(jù)不一致問(wèn)題，出現(xiàn)了三階段提交協(xié)議（Three-phase commit protocol, 3PC），是一套改進(jìn)方案，因?yàn)槿A段擁有超時(shí)機(jī)制和多了一個(gè)準(zhǔn)備階段。

超時(shí)機(jī)制很好理解，在 TM 和 RM 之間引入超時(shí)機(jī)制，如果在規(guī)定時(shí)間內(nèi)沒(méi)有收到來(lái)自其他節(jié)點(diǎn)的響應(yīng)信息，那么就會(huì)根據(jù)當(dāng)下的狀態(tài)來(lái)執(zhí)行提交或者回滾操作。

另外多出來(lái)的一個(gè)準(zhǔn)備階段，其實(shí)是 3PC 把 2PC 一分為二，簡(jiǎn)單看就是：可以提交、預(yù)備提交、執(zhí)行提交三個(gè)階段。用這種方式來(lái)保證在最后提交之前，各個(gè) RM 節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)都是一致的。

主要來(lái)看下“預(yù)備提交”階段。

分兩種情況，RM 返回的是 Yes，還是 No，然后再?zèng)Q定是否進(jìn)行預(yù)備提交的操作。

如果返回 Yes，那也就是說(shuō)能夠去提交，接著正常的往下走，提交就是了。大致流程是先發(fā)送預(yù)備提交請(qǐng)求，進(jìn)入預(yù)備提交階段；然后執(zhí)行事務(wù)操作，在日志中記錄相關(guān)信息；最后事務(wù)執(zhí)行成功了，得到 ACK 響應(yīng)反饋，開(kāi)始進(jìn)入等待最后的操作指令。

如果返回 No，說(shuō)明沒(méi)戲，直接執(zhí)行中斷事務(wù)的操作。大致流程是先發(fā)送中斷請(qǐng)求；然后中斷事務(wù)操作。

5.4 基于消息的最終一致性

因?yàn)?2PC 和 3PC 都會(huì)去鎖定資源，就會(huì)降低系統(tǒng)性能，而且也沒(méi)解決數(shù)據(jù)不一致的問(wèn)題。

那應(yīng)該怎么辦？回到我們?cè)谏厦娼榻B的“什么是分布式事務(wù)？”，簡(jiǎn)單提過(guò)，實(shí)際上需要結(jié)合消息中間件來(lái)共同處理相關(guān)操作，通過(guò)消息、日志等方式異步執(zhí)行，因?yàn)樗鼈兛梢源鎯?chǔ)在本地文件、數(shù)據(jù)庫(kù)或者 MQ 中，加上重試機(jī)制，就是基于分布式消息的最終一致性方式來(lái)實(shí)現(xiàn)分布式事務(wù)解決方案。

在分布式事務(wù)中，只有當(dāng)所有的事務(wù)都成功了，整個(gè)業(yè)務(wù)流程才能跑通，分布式事務(wù)的一致性是實(shí)現(xiàn)分布式事務(wù)的關(guān)鍵點(diǎn)。

公眾號(hào)：江帥帥（ID：NXJSS666）