深度剖析分布式事務(wù)之 AT 與 XA 對比

AT 這種事務(wù)模式是阿里開源的seata主推的事務(wù)模式，本文會詳解AT的原理，并將它與XA模式進(jìn)行比較

原理

AT 從原理上面看，與 XA 的設(shè)計(jì)有很多相近之處。XA 是數(shù)據(jù)庫層面實(shí)現(xiàn)的二階段提交， AT 則是應(yīng)用/驅(qū)動層實(shí)現(xiàn)的二階段提交。建議您了解了XA相關(guān)的知識后，來閱讀這篇文章，這樣能夠更快更好的掌握 AT 的原理與設(shè)計(jì)。

AT的角色和XA一樣分為3個，但是起了不一樣的名稱，大家注意分辨：- RM 資源管理器，是業(yè)務(wù)服務(wù)，負(fù)責(zé)本地?cái)?shù)據(jù)庫的管理，與XA中的RM一致 - TC 事務(wù)協(xié)調(diào)器，是Seata服務(wù)器，負(fù)責(zé)全局事務(wù)的狀態(tài)管理，負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)各個事務(wù)分支的執(zhí)行，相當(dāng)于XA中的TM - TM 事務(wù)管理器，是業(yè)務(wù)服務(wù)，負(fù)責(zé)全局事務(wù)的發(fā)起，相當(dāng)于XA中的APP

AT 的第一階段為prepare，它在這一階段會完成以下事情：1. RM 側(cè)，用戶開啟本地事務(wù) 2. RM 側(cè)，用戶每進(jìn)行一次業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)修改，假設(shè)是一個update語句，那么 AT 會做以下內(nèi)容：1. 根據(jù)update的條件，查詢出修改前的數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)稱為BeforeImage 2. 執(zhí)行update語句，根據(jù)BeforeImage中的主鍵，查詢出修改后的數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)稱為AfterImage 3. 將BeforeImage和AfterImage保存到一張undolog表 4. 將BeforeImage中的主鍵以及表名，該數(shù)據(jù)稱為lockKey，記錄下來，留待后續(xù)使用 3. RM 側(cè)，用戶提交本地事務(wù)時，AT 會做以下內(nèi)容：1. 將2.4中記錄的所有的lockKey，注冊到 TC（即事務(wù)管理器seata）上 2. 3.1中的注冊處理會檢查 TC 中，是否已存在沖突的主鍵+表名，如果有沖突，那么AT會睡眠等待后重試，沒有沖突則保存 3. 3.1成功完成后，提交本地事務(wù)

如果 AT 的第一階段所有分支都沒有錯誤，那么會進(jìn)行第二階段的commit，AT 會做以下內(nèi)容：1. TC 會將當(dāng)前這個全局事務(wù)所有相關(guān)的lockKey刪除 2. TC 通知與當(dāng)前這個全局事務(wù)相關(guān)的所有業(yè)務(wù)服務(wù)，告知全局事務(wù)已成功，可以刪除undolog中保存的數(shù)據(jù) 3. RM 收到通知后，刪除undolog中的數(shù)據(jù)

如果 AT 的第一階段有分支出錯，那么會進(jìn)行第二階段的rollback，AT 會做以下內(nèi)容：1. TC 通知與當(dāng)前這個全局事務(wù)相關(guān)的所有業(yè)務(wù)服務(wù)，告知全局事務(wù)失敗，執(zhí)行回滾 2. RM 收到通知后，對本地?cái)?shù)據(jù)的修改進(jìn)行回滾，回滾原理如下：1. 從undolog中取出修改前后的BeforeImage和AfterImage 2. 如果AfterImage與數(shù)據(jù)庫中的當(dāng)前記錄校驗(yàn)一致，那么使用BeforeImage中的數(shù)據(jù)覆蓋當(dāng)前記錄 3. 如果AfterImage與數(shù)據(jù)庫中的當(dāng)前記錄不一致，那么這個時候發(fā)生了臟回滾，此時需要人工介入解決 3. TC 待全局事務(wù)所有的分支，都完成了回滾，TC 將此全局事務(wù)所有的lockKey刪除

問題分析

AT 模式的一個突出問題是rollback中2.3的臟回滾難以避免。以下步驟能夠觸發(fā)該臟回滾：1. 全局事務(wù)g1對數(shù)據(jù)行A1進(jìn)行修改 v1 -> v2 2. 另一個服務(wù)將對數(shù)據(jù)行A1進(jìn)行修改 v2 -> v3 3. 全局事務(wù)g1回滾，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)行A1的當(dāng)前數(shù)據(jù)為v3，不等于AfterImage中的v2，回滾失敗

這個臟回滾一旦發(fā)生，那么分布式事務(wù)框架沒有辦法保證數(shù)據(jù)的一致性了，必須要人工介入處理。想要避免臟回滾，需要把所有對這個表的寫訪問，都加上特殊處理（在Seata的Java客戶端中，需要加上GlobalLock注解）。這種約束對于一個上了一定規(guī)模的復(fù)雜系統(tǒng)，是非常難以保證的。

AT vs XA

上述臟回滾問題，在 XA 事務(wù)中不會出現(xiàn)，因?yàn)?XA 事務(wù)是在數(shù)據(jù)庫層面實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)另一個服務(wù)對為數(shù)據(jù)行A1進(jìn)行修改時，會因?yàn)樾墟i被阻塞，與普通事務(wù)的表現(xiàn)完全一樣，不會產(chǎn)生問題。

另外 XA 不會發(fā)生臟讀，而 AT 會發(fā)生臟讀，考慮AT下的如下執(zhí)行步驟：1. 全局事務(wù)g1對數(shù)據(jù)行A1進(jìn)行修改 v1 -> v2 2. 另一個服務(wù)將讀取數(shù)據(jù)行A1，獲得數(shù)據(jù) v2 3. 全局事務(wù)g1回滾，將數(shù)據(jù)行A1改回 v2 -> v1

這里面步驟2讀取的數(shù)據(jù)是v2，是一個中間態(tài)數(shù)據(jù)。在Seata的手冊中，雖然也有一些方法能夠避免AT模式下，但是涉及到注解和sql改寫，并不優(yōu)雅。而在XA模式下，由于還沒有進(jìn)行xa commit，那么步驟2根據(jù)MVCC讀取到的數(shù)據(jù)依然是v1，沒有AT模式中的臟讀的困擾。

性能分析

從原理的詳細(xì)步驟看，XA事務(wù)的性能高于AT，分析如下：

AT 模式下，RM側(cè)，上述原理過程中，執(zhí)行的SQL如下：1. 開啟事務(wù) 2. 查詢BeforeImage數(shù)據(jù) 3. 執(zhí)行update 4. 查詢AfterImage數(shù)據(jù) 5. 將BeforeImage，AfterImage插入到undolog中 6. 提交事務(wù) 7. 事務(wù)完成后，刪除BeforeImage和AfterImage

而 XA 模式下，RM側(cè)，執(zhí)行的SQL如下：1. xa begin 2. 執(zhí)行update 3. xa end 4. xa prepare 5. xa commit

兩者對比，相關(guān)的開啟/提交事務(wù)是兩個模式都需要的，性能差異不大。但是從執(zhí)行的DML操作來看，AT 下的 SQL 數(shù)量為：3 writes，2 read，比 XA 下僅一個update多出許多，因此在性能上會有較大的差距

從上述理論分析，XA 事務(wù)性能會大幅高于AT，應(yīng)當(dāng)可以在postgres數(shù)據(jù)庫上驗(yàn)證出來；而mysql數(shù)據(jù)庫，在當(dāng)前的5.8版本上，由于xa prepare后，需要將當(dāng)前連接斷開才能夠在其他連接上xa commit，所以會有一個重新創(chuàng)建連接的開銷，最終性能對比參考下一節(jié)。

性能實(shí)測

上述進(jìn)行了理論上的性能分析，我同時也做了性能實(shí)測，詳細(xì)的測試過程和結(jié)果數(shù)據(jù)，參考?xa-at bench

dtm實(shí)現(xiàn)的XA事務(wù)，為了在極端情況下，也能保證XA事務(wù)能夠正確的被清理，會在業(yè)務(wù)事務(wù)中對子事務(wù)屏障表進(jìn)行插入，因此會比上述理論分析中，多一個sql寫入。

我們可以看到，最終的結(jié)果XA性能優(yōu)于AT。如果未來Mysql完善了XA的實(shí)現(xiàn)，可以不用關(guān)閉當(dāng)前連接也能夠允許其他連接提交xa事務(wù)，那么XA的性能還能夠提升一大截。

AT的意義

mysql在版本5.6中，xa相關(guān)API存在bug。如果當(dāng)前連接在xa prepare之后，連接斷開，那么這個連接未完成的事務(wù)會被自動回滾。這樣的bug導(dǎo)致mysql的XA模式是無法保證正確性的，在各種應(yīng)用crash中，可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)不一致。因此AT在mysql的5.6版本及更低版本使用中，是具有很高應(yīng)用價值的。

另外部分大廠的數(shù)據(jù)庫是禁止使用XA事務(wù)的，這種特定場景下，選型AT模式，也是合理的。

對于其他場景，建議優(yōu)先考慮 XA 事務(wù)。

小結(jié)

作者對AT模式的完整實(shí)現(xiàn)源碼，并未完整閱讀。上述的相關(guān)原理是根據(jù)自己閱讀相關(guān)資料，并參考了seata-golang的源代碼而寫。文中如果不準(zhǔn)確之處，希望各位讀者幫忙指正

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