分布式事务的几种解决方案
作者：叫我田露也行
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在单体应用中，在同一数据源上更新数据的一致性由数据库本身的事务特性来保证
如图一个订单业务，如果中间某一操作失败，依赖数据库的事务可以保证数据的一致性。然而随着业务需求和架构的变化，单体应用被拆分为微服务，原来在一个应用中完成的业务被拆分到多个应用
上图中3个DB操作本应为一个事务，每一个服务内部的数据一致性仍由本地事务来保证。而整个业务层面的全局数据一致性要如何保障呢，这就是分布式事务要解决的问题。分布式事务是涉及俩个以上网络主机的数据库事务，和单机数据库事务一样，需要具有ACID(原子性、一致性、隔离性、持久性)属性，其中原子性保证一系列操作的结果是全生效或全失效。
几种解决方案
CAP原理是现代分布式系统的理论基石
C：Consistency一致性，每次读取都是最新的数据
A：Availability可用性，保证每次请求都会返回数据，即使该数据并不是最新的。
P：Partition tolerance分区容错性，节点之间网络发生故障，保证系统可用。
CAP原理：必须在可用性与一致性之间做出选择，不能二者同时满足。
当选择了一致性，那么当集群之间的节点数据未同步完成，就不能给予请求响应，必须等到数据同步完成。当选择了可用性，数据未同步完成时也能给予请求响应，只是该数据有可能是已经被修改了。CA不能同时兼得
BASE理论：全称：Basically Available(基本可用)，Soft state（软状态）,和 Eventually consistent（最终一致性），BASE是对CAP中一致性和可用性权衡的结果，核心思想是无法做到强一致性（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）。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。
1. XA
最早的分布式事务模型是 X/Open 国际联盟提出的 X/Open Distributed Transaction Processing（DTP）模型，简称XA 协议。
其中包含一个全局事务管理器（TM，Transaction Manager）和多个资源管理器（RM，Resource Manager）。全局事务管理器负责管理全局事务状态与参与的资源，协同资源一起提交或回滚；资源管理器则负责具体的资源操作。XA 协议描述了 TM 与 RM 之间的接口，允许多个资源在同一分布式事务中访问。XA使用两阶段提交来保证所有资源同时提交或回滚任何特定的事务。阶段一为准备（prepare）阶段。即所有的RM锁住需要的资源，在本地执行这个事务（执行sql，写redo/undo log等），但不提交，然后向Transaction Manager报告已准备就绪。阶段二为提交阶段（commit）。当Transaction Manager确认所有参与者都ready后，向所有参与者发送commit命令
关于二阶段提交
关于2PC与3PC这篇博文2PC与3PC总结的很好，详细的介绍可以看下这个，这里只做简单介绍。
二阶段提交即2PC，当一个事务跨越多个节点时，为了保持事务的ACID特性，需要引入一个作为协调者的组件来统一控制所有节点（参与者）的操作结果并最终指示这些节点是否要把操作结果进行真正的提交。它将事务的提交过程分为两个阶段来进行处理：准备阶段和提交阶段。
准备阶段：协调者询问参与者是否准备好提交，准备阶段并不会释放锁资源
提交阶段：协调者首先持久化本地事务，再发送commit请求，参与者若未回复或回复失败则发送rollback指令
3个缺点：协调者单点问题（参与者等待协调者指令时无法做超时处理），性能问题，一致性问题（例如协调者commit之后断连）
三阶段提交：将准备阶段进行拆分，分为canCommit和preCommit，相当于只是增加了一轮询问操作。在事务需要回滚的情况下通常性能比两阶段要好，但正常情况下性能比2阶段要差。
解决单点问题：协调者在preCommit之后宕机，参与者默认是提交事务
一致性问题并没有解决
回到XA，现在很多的数据库都实现了XA协议，这使得我们使用分布式事务可以同本地事务一样简单，我们来看最熟悉的MySQL XA协议的相关实现。首先能够支持XA的只有InnoDB引擎，MySQL的XA又分为外部XA与内部XA。
内部XA：在开启binlog（二进制日志,它记录了数据库上的所有改变）的情况下，MySQL同时维护了binlog日志与InnoDB的redo log（新数据的份。在事务提交前，只要将Redo Log持久化即可，不需要将数据持久化。当系统崩溃时，虽然数据没有持久化，但是Redo Log已经持久化，系统可以根据Redo Log的内容，将所有数据恢复到最新的状态， Redo Log 保证事务的持久性。还有一种log叫Undo Log， Undo Log的原理很简单，为了满足事务的原子性，在操作数据之前，首先将数据备份到Undo Log。然后进行数据的修改。如果出现了错误或者用户执行了 ROLLBACK语句，系统可以利用Undo Log中的备份将数据恢复到事务开始之前的状态， Undo Log 保证事务的持久性。）为了保证这两个日志的一致性，MySQL使用了XA事务，由于只在单机上工作，所以被称为内部XA，此时MySQL服务器中的存储引擎充当RM，而服务器本身充当TM。
外部XA：指多个MySQL实例的分布式事务，即广泛意义上的分布式事务，此时MySQL服务器作为RM，外部应用程序作为TM
JTA可以用于分布式系统中分布式事务的管理.原理是通过两阶段的提交.可以同时管理多个数据源的事务.
XA协议是一套分布式事务管理的规范,JTA是XA协议在Java中的实现,多个数据库或是消息厂商实现JTA接口,开发人员只需要调用SpringJTA接口即可实现JTA事务管理.
但是JTA也有比较严重的性能问题,由于同时操作多个数据源,如果其中一个数据源获取数据的时间过长,会导致整个请求都非常的长,因此现实中对性能要求比较高的系统较少使用JTA事务管理.
常用分布式系统事务管理实现高性能和高吞吐的方式是Spring事务同步机制以及牺牲掉事务的暂时一致性,而保证事务的最终一致性.
SpringBoot通过Atomikos或Bitronix支持JTA分布式事务，当配置了JTA时，Spring JtaTransactionManager将作为事务管理器，@Transactional注解自动支持XA事务
补偿事务TCC
TCC为以下三个英文的缩写：
try：完成所有业务检查, 预留必须业务资源
confirm：确认执行业务操作
cancel：取消执行业务操作。
其中confirm和cancel是一对反向操作，所以TCC的原理其实比较简单粗暴，如果出错，则对原来的所有操作进行回滚。其本质上为一个2阶段提交。它的缺点在于Try、Confirm和Cancel操作功能需业务提供，开发成本高。
对于TCC，阿里的分布式事务框架Seata就采用了该方案。
本地消息表
最初由ebay架构师提出来的分布式事务解决方案，大致流程如下
1、系统A首先更新自己的业务表，并同时会在本地消息表中插入一条数据，这两个操作是在同一个事务当中完成
2、定时任务扫描本地消息表，向MQ中间件进行消息发送
3、系统B消费消息，消费成功通知A进行本地消息表状态更改，消费失败通知A进行回滚
缺点：依赖MQ的可靠性，由于MQ可能失败重试等原因，需要生产者和消费者同时支持幂等性
可靠消息最终一致性
同本地消息表一样还是需要依赖MQ来实现分布式事务，基本步骤如下
1、系统A发送prepare消息到MQ
2、收到ack执行本地事务，并根据执行结果发送消息，MQ根据执行结果判断是否将prepare消息转为confirm消息
3、对于迟迟不发送本地事务执行结果的prepare消息，MQ会进行回查
4、系统B消费MQ中的消息
阿里RocketMQ基于该方案为我们提供了完整实现：
第一阶段：生产者向MQ服务器发送事务消息(prepare消息)，服务端确认后回调通知生产者执行本地事务(此时消息为Prepare消息，存储于RMQ_SYS_TRANS_HALF_TOPIC队列中，不会被消费者消费)
第二阶段：生产者执行完本地事务后(业务执行完成，同时将消息唯一标记，如transactionId与该业务执行记录同时入库，方便事务回查)，根据本地事务执行结果，返回Commit/Rollback/Unknow状态码
1、服务端若收到Commit状态码，则将prepare消息变为提交(正常消息，可被消费者消费)
2、收到Rollback则对消息进行回滚(丢弃消息)
3、若状态为Unknow，则等待MQ服务端定时发起消息状态回查，超过一定重试次数或者超时，消息会被丢弃
被动方服务订阅主题后只需要等待MQ投递消息即可。
当消息投递，被动方服务消费该消息并执行本地业务操作，当本地业务执行成功，被动方服务调用消息服务，返回本地业务执行成功。
可靠消息服务根据业务唯一参数（订单号结合消息id）设置消息状态为 “已完成”
整个过程中，作为被动方服务需要尽最大努力将业务向最终状态推进，最终成功或者失败并通知消息服务置消息状态为完成的终态。
最大努力通知
这个方案比较简单，适用于一些时间敏感度比较低或者分布式事务要求不太严格的业务。
1、系统A执行本地事务之后，发送消息到MQ
2、系统B消费MQ，系统B执行失败会进行重试。