微服务事务——Seata

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微服务事务——Seata

微服务事务——Seata

官方文档:seata.io/zh-cn/docs/…

1. 分布式事务问题

在传统数据库事务中,必须要满足四个原则,我们把他称为 ACID

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分布式事务,就是指不是在单个服务或单个数据库架构下,产生的事务,例如

  • 跨数据源的分布式事务
  • 跨服务的分布式事务
  • 综合情况

在数据库水平拆分、服务垂直拆分之后,一个业务操作通常要跨多个数据库、服务才能完成。

例如电商行业中比较常见的下单付款案例,包括下面几个行为:

  1. 创建新订单
  2. 扣减商品库存
  3. 从用户账户余额扣除金额

完成上面的操作需要访问三个不同的微服务和三个不同的数据库。

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订单的创建、库存的扣减、账户扣款在每一个服务和数据库内是一个本地事务,可以保证 ACID 原则。

但是当我们把三件事情看做一个"业务",要满足保证“业务”的原子性,要么所有操作全部成功,要么全部失败,不允许出现部分成功部分失败的现象,这就是分布式系统下的事务。此时 ACID 难以满足,这是分布式事务要解决的问题。

1.1 例子

以下是一个项目演示,如下图有一个微服务项目

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其中:seata-demo 是父工程,负责管理项目依赖

  • account-service:账户服务,负责管理用户的资金账户。提供扣减余额的接口
  • storage-service:库存服务,负责管理商品库存。提供扣减库存的接口
  • order-service:订单服务,负责管理订单。创建订单时,需要调用 account-service 和 storage-service

我们去创建订单,发送 POST 请求

curl --location --request POST 'http://localhost:8082/order?userId=user202103032042012&commodityCode=100202003032041&count=20&money=200'
复制代码

测试发现,当库存不足时,此时账户余额已经扣减,并不会回滚,出现了分布式事务问题。

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1.2 解决分布式事务

CAP定理

1998年,加州大学的计算机科学家 Eric Brewer 提出,分布式系统有三个指标。

  • Consistency(一致性)
  • Availability(可用性)
  • Partition tolerance (分区容错性)

它们的第一个字母分别是 C、A、P。

Eric Brewer 说,这三个指标不可能同时做到。 这个结论就叫做 CAP 定理。

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指标一:Consistency一致性

Consistency(一致性):用户访问分布式系统中的任意节点,得到的数据必须一致。

比如现在包含两个节点,其中的初始数据是一致的

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当我们修改其中一个节点的数据时,两者的数据产生了差异

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要想保住一致性,就必须实现 node01 到 node02 的数据同步

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指标二:Availability可用性

Availability (可用性):用户访问集群中的任意健康节点,必须能得到响应,而不是超时或拒绝。

如图,有三个节点的集群,访问任何一个都可以及时得到响应

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当有部分节点因为网络故障或其它原因无法访问时,代表节点不可用

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指标三:Partition Tolerance分区容错

Partition(分区):因为网络故障或其它原因导致分布式系统中的部分节点与其它节点失去连接,形成独立分区。

Tolerance(容错):在集群出现分区时,整个系统也要持续对外提供服务。

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在分布式系统中,系统间的网络不能 100% 保证健康,一定会有故障的时候,而服务有必须对外保证服务。因此 Partition Tolerance 不可避免。 当节点接收到新的数据变更时,就会出现问题了。

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  • 如果此时要保证一致性,就必须等待网络恢复,完成数据同步后,整个集群才对外提供服务,服务处于阻塞状态,不可用。
  • 如果此时要保证可用性,就不能等待网络恢复,那 node01、node02 与 node03 之间就会出现数据不一致。

也就是说,在 P 一定会出现的情况下,A 和 C 之间只能实现一个。

前面我们所学的 Elasticsearch 集群就是 CP 模式,保证了数据的一致性。

BASE理论

BASE 理论是对 CAP 的一种解决思路,包含三个思想:

  • Basically Available (基本可用):分布式系统在出现故障时,允许损失部分可用性,即保证核心可用。
  • Soft State(软状态):在一定时间内,允许出现中间状态,比如临时的不一致状态。
  • Eventually Consistent(最终一致性):虽然无法保证强一致性,但是在软状态结束后,最终达到数据一致。

1.3 解决思路

分布式事务最大的问题是各个子事务的一致性问题,因此可以借鉴 CAP定理 和 BASE理论,有两种解决思路

  • AP 模式(最终一致性思想):各子事务分别执行和提交,允许出现结果不一致,然后采用弥补措施恢复数据即可,实现最终一致。
  • CP 模式(强一致性思想):各个子事务执行后互相等待,同时提交,同时回滚,达成强一致。但事务等待过程中,处于弱可用状态。

解决分布式事务,各个子系统之间必须能感知彼此的事务状态,才能保证状态一致,因此需要一个事务协调者来协调每一个事务的参与者,也就是需要一个事务协调者。(TC)

另外,这里的子系统事务,称为分支事务;有关联的各个分支事务在一起称为全局事务

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2. 部署Seata

Seata 是一款开源的分布式事务解决方案,致力于提供高性能和简单易用的分布式事务服务。Seata 将为用户提供了 AT、TCC、SAGA 和 XA 事务模式,为用户打造一站式的分布式解决方案。

官网地址:seata.io/,其中的文档、播客中提…

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2.1 Seata三大角色

Seata 事务管理中有三个重要的角色

  • TC (Transaction Coordinator) - 事务协调者:维护全局和分支事务的状态,协调全局事务提交或回滚。
  • TM (Transaction Manager) - 事务管理器:定义全局事务的范围、开始全局事务、提交或回滚全局事务。
  • RM (Resource Manager) - 资源管理器:管理分支事务处理的资源,与 TC 交谈以注册分支事务和报告分支事务的状态,并驱动分支事务提交或回滚。

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Seata 基于上述架构提供了四种不同的分布式事务解决方案

  • XA 模式:强一致性分阶段事务模式,牺牲了一定的可用性,无业务侵入
  • TCC 模式:最终一致的分阶段事务模式,有业务侵入
  • AT 模式:最终一致的分阶段事务模式,无业务侵入,也是 Seata 的默认模式
  • SAGA 模式:长事务模式,有业务侵入

无论哪种方案,都离不开 TC,也就是事务的协调者。

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2.2 部署Seata的TC服务

1.下载

首先我们要下载seata-server包,地址在http://seata.io/zh-cn/blog/download.html

当然,课前资料也准备好了:

image-20210622202357640

2.解压

在非中文目录解压缩这个zip包,其目录结构如下:

image-20210622202515014

3.修改配置

修改conf目录下的registry.conf文件:

image-20210622202622874

配置说明:

image-20220716144411466

内容如下:

registry {
  # tc服务的注册中心类,这里选择nacos,也可以是eureka、zookeeper等
  type = "nacos"

  nacos {
    # seata tc 服务注册到 nacos的服务名称,可以自定义
    application = "seata-tc-server"
    serverAddr = "127.0.0.1:8848"
    group = "DEFAULT_GROUP"
    namespace = ""
    cluster = "SH"
    username = "nacos"
    password = "nacos"
  }
}

config {
  # 读取tc服务端的配置文件的方式,这里是从nacos配置中心读取,这样如果tc是集群,可以共享配置
  type = "nacos"
  # 配置nacos地址等信息
  nacos {
    serverAddr = "127.0.0.1:8848"
    namespace = ""
    group = "SEATA_GROUP"
    username = "nacos"
    password = "nacos"
    dataId = "seataServer.properties"
  }
}
复制代码

4.在nacos添加配置

特别注意,为了让tc服务的集群可以共享配置,我们选择了nacos作为统一配置中心。因此服务端配置文件seataServer.properties文件需要在nacos中配好。

image-20220716171532662

格式如下:

注意:

  • 一定要把注释删掉!要修改你的数据库信息。
  • 下面数据库改成自己数据库的配置信息
# 数据存储方式,db代表数据库
store.mode=db
store.db.datasource=druid
store.db.dbType=mysql
store.db.driverClassName=com.mysql.cj.jdbc.Driver
store.db.url=jdbc:mysql://localhost:3306/wwym?serverTimezone=Asia/Shanghai&useUnicode=true&nullCatalogMeansCurrent=true&characterEncoding=UTF-8&allowMultiQueries=true
store.db.user=root
store.db.password=root
store.db.minConn=5
store.db.maxConn=30
store.db.globalTable=global_table
store.db.branchTable=branch_table
store.db.queryLimit=100
store.db.lockTable=lock_table
store.db.maxWait=5000
# 事务、日志等配置
server.recovery.committingRetryPeriod=1000
server.recovery.asynCommittingRetryPeriod=1000
server.recovery.rollbackingRetryPeriod=1000
server.recovery.timeoutRetryPeriod=1000
server.maxCommitRetryTimeout=-1
server.maxRollbackRetryTimeout=-1
server.rollbackRetryTimeoutUnlockEnable=false
server.undo.logSaveDays=7
server.undo.logDeletePeriod=86400000

# 客户端与服务端传输方式
transport.serialization=seata
transport.compressor=none
# 关闭metrics功能,提高性能
metrics.enabled=false
metrics.registryType=compact
metrics.exporterList=prometheus
metrics.exporterPrometheusPort=9898
复制代码

5.创建数据库表

TC 服务在管理分布式事务时,需要记录事务相关数据到数据库中,你需要提前创建好这些表。新建一个名为 seata 的数据库,运行 SQL

这些表主要记录全局事务、分支事务、全局锁信息。


SET NAMES utf8mb4;
SET FOREIGN_KEY_CHECKS = 0;

-- ----------------------------
-- 分支事务表
-- ----------------------------
DROP TABLE IF EXISTS `branch_table`;
CREATE TABLE `branch_table`  (
  `branch_id` bigint(20) NOT NULL,
  `xid` varchar(128) CHARACTER SET utf8 COLLATE utf8_general_ci NOT NULL,
  `transaction_id` bigint(20) NULL DEFAULT NULL,
  `resource_group_id` varchar(32) CHARACTER SET utf8 COLLATE utf8_general_ci NULL DEFAULT NULL,
  `resource_id` varchar(256) CHARACTER SET utf8 COLLATE utf8_general_ci NULL DEFAULT NULL,
  `branch_type` varchar(8) CHARACTER SET utf8 COLLATE utf8_general_ci NULL DEFAULT NULL,
  `status` tinyint(4) NULL DEFAULT NULL,
  `client_id` varchar(64) CHARACTER SET utf8 COLLATE utf8_general_ci NULL DEFAULT NULL,
  `application_data` varchar(2000) CHARACTER SET utf8 COLLATE utf8_general_ci NULL DEFAULT NULL,
  `gmt_create` datetime(6) NULL DEFAULT NULL,
  `gmt_modified` datetime(6) NULL DEFAULT NULL,
  PRIMARY KEY (`branch_id`) USING BTREE,
  INDEX `idx_xid`(`xid`) USING BTREE
) ENGINE = InnoDB CHARACTER SET = utf8 COLLATE = utf8_general_ci ROW_FORMAT = Compact;

-- ----------------------------
-- 全局事务表
-- ----------------------------
DROP TABLE IF EXISTS `global_table`;
CREATE TABLE `global_table`  (
  `xid` varchar(128) CHARACTER SET utf8 COLLATE utf8_general_ci NOT NULL,
  `transaction_id` bigint(20) NULL DEFAULT NULL,
  `status` tinyint(4) NOT NULL,
  `application_id` varchar(32) CHARACTER SET utf8 COLLATE utf8_general_ci NULL DEFAULT NULL,
  `transaction_service_group` varchar(32) CHARACTER SET utf8 COLLATE utf8_general_ci NULL DEFAULT NULL,
  `transaction_name` varchar(128) CHARACTER SET utf8 COLLATE utf8_general_ci NULL DEFAULT NULL,
  `timeout` int(11) NULL DEFAULT NULL,
  `begin_time` bigint(20) NULL DEFAULT NULL,
  `application_data` varchar(2000) CHARACTER SET utf8 COLLATE utf8_general_ci NULL DEFAULT NULL,
  `gmt_create` datetime NULL DEFAULT NULL,
  `gmt_modified` datetime NULL DEFAULT NULL,
  PRIMARY KEY (`xid`) USING BTREE,
  INDEX `idx_gmt_modified_status`(`gmt_modified`, `status`) USING BTREE,
  INDEX `idx_transaction_id`(`transaction_id`) USING BTREE
) ENGINE = InnoDB CHARACTER SET = utf8 COLLATE = utf8_general_ci ROW_FORMAT = Compact;

SET FOREIGN_KEY_CHECKS = 1;
复制代码

6.启动Seata服务

进入bin目录,运行其中的seata-server.bat即可:

image-20210622205427318

启动成功后,seata-server应该已经注册到nacos注册中心了。

image-20220716151230168

过程有出现闪退问题:我使用的数据库版本是8.0的,需要在nacos的配置中心上修改文件,在数据库的url上增加一个时区配置,还有在驱动上加上cj

打开浏览器,访问nacos地址:http://localhost:8848,然后进入服务列表页面,可以看到seata-tc-server的信息:

image-20210622205901450

2.3 Seata微服务的集成

引入依赖

首先,我们需要在微服务中引入 Seata 依赖

<dependency>
    <groupId>com.alibaba.cloud</groupId>
    <artifactId>spring-cloud-starter-alibaba-seata</artifactId>
    <exclusions>
        <!--版本较低,1.3.0,因此排除-->
        <exclusion>
            <artifactId>seata-spring-boot-starter</artifactId>
            <groupId>io.seata</groupId>
        </exclusion>
    </exclusions>
</dependency>

<!--版本在父工程中配置,seata starter 采用1.4.2版本-->
<dependency>
    <groupId>io.seata</groupId>
    <artifactId>seata-spring-boot-starter</artifactId>
    <version>${seata.version}</version>
</dependency>
复制代码

配置application

需要修改 application.yml 文件,添加一些配置,例如在 order-service 服务中的 application.yml,配置 TC 服务信息,通过注册中心 Nacos,结合服务名称获取 TC 地址

seata:
  registry: # TC服务注册中心的配置,微服务根据这些信息去注册中心获取tc服务地址
    type: nacos # 注册中心类型 nacos
    nacos:
      server-addr: 127.0.0.1:8848 # nacos地址
      namespace: "" # namespace,默认为空
      group: DEFAULT_GROUP # 分组,默认是DEFAULT_GROUP
      application: seata-tc-server # seata服务名称
      username: nacos
      password: nacos
  tx-service-group: seata-demo # 事务组名称
  service:
    vgroup-mapping: # 事务组与cluster的映射关系
      seata-demo: GZ
复制代码

微服务如何根据这些配置寻找 TC 地址的,我们知道注册到 Nacos 中的微服务,确定一个具体实例需要四个信息,namespace+group+application+cluster

  • namespace:命名空间,为空就是默认的 public
  • group:分组
  • application:服务名
  • cluster:集群名

以上四个信息,在刚才的 yml 文件中都能找到。

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结合起来,TC 服务的信息就是:public@DEFAULT_GROUP@seata-tc-server@SH,这样就能确定 TC 服务集群了。然后就可以去 Nacos拉取对应的实例信息。

启动微服务后,Seata 控制台会显示连接上的服务。

image-20220716171631209

集群配置:TC服务异地容灾

① 模拟异地容灾的 TC 集群

计划启动两台 Seata 的 TC 服务节点

节点名称ip地址端口号集群名称
seata127.0.0.18091SH
seata2127.0.0.18092HZ

之前我们已经启动了一台 seata 服务,端口是 8091,集群名为 SH。

现在,将 seata 目录复制一份,起名为 seata2

修改 seata2/conf/registry.conf 内容如下

registry {
  # tc服务的注册中心类,这里选择nacos,也可以是eureka、zookeeper等
  type = "nacos"

  nacos {
    # seata tc 服务注册到 nacos的服务名称,可以自定义
    application = "seata-tc-server"
    serverAddr = "127.0.0.1:8848"
    group = "DEFAULT_GROUP"
    namespace = ""
    cluster = "HZ"
    username = "nacos"
    password = "nacos"
  }
}

config {
  # 读取tc服务端的配置文件的方式,这里是从nacos配置中心读取,这样如果tc是集群,可以共享配置
  type = "nacos"
  # 配置nacos地址等信息
  nacos {
    serverAddr = "127.0.0.1:8848"
    namespace = ""
    group = "SEATA_GROUP"
    username = "nacos"
    password = "nacos"
    dataId = "seataServer.properties"
  }
}
复制代码

进入 seata2/bin 目录,然后运行命令

seata-server.bat -p 8092
复制代码

打开 nacos 控制台,查看服务列表

img

img

② 将事务组映射配置到 nacos

接下来,我们需要将 tx-service-group 与 cluster 的映射关系都配置到 Nacos 配置中心。

新建一个配置

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配置的内容如下:

# 事务组映射关系
service.vgroupMapping.seata-demo=SH
service.enableDegrade=false
service.disableGlobalTransaction=false
# 与TC服务的通信配置
transport.type=TCP
transport.server=NIO
transport.heartbeat=true
transport.enableClientBatchSendRequest=false
transport.threadFactory.bossThreadPrefix=NettyBoss
transport.threadFactory.workerThreadPrefix=NettyServerNIOWorker
transport.threadFactory.serverExecutorThreadPrefix=NettyServerBizHandler
transport.threadFactory.shareBossWorker=false
transport.threadFactory.clientSelectorThreadPrefix=NettyClientSelector
transport.threadFactory.clientSelectorThreadSize=1
transport.threadFactory.clientWorkerThreadPrefix=NettyClientWorkerThread
transport.threadFactory.bossThreadSize=1
transport.threadFactory.workerThreadSize=default
transport.shutdown.wait=3
# RM配置
client.rm.asyncCommitBufferLimit=10000
client.rm.lock.retryInterval=10
client.rm.lock.retryTimes=30
client.rm.lock.retryPolicyBranchRollbackOnConflict=true
client.rm.reportRetryCount=5
client.rm.tableMetaCheckEnable=false
client.rm.tableMetaCheckerInterval=60000
client.rm.sqlParserType=druid
client.rm.reportSuccessEnable=false
client.rm.sagaBranchRegisterEnable=false
# TM配置
client.tm.commitRetryCount=5
client.tm.rollbackRetryCount=5
client.tm.defaultGlobalTransactionTimeout=60000
client.tm.degradeCheck=false
client.tm.degradeCheckAllowTimes=10
client.tm.degradeCheckPeriod=2000

# undo日志配置
client.undo.dataValidation=true
client.undo.logSerialization=jackson
client.undo.onlyCareUpdateColumns=true
client.undo.logTable=undo_log
client.undo.compress.enable=true
client.undo.compress.type=zip
client.undo.compress.threshold=64k
client.log.exceptionRate=100

复制代码

③ 微服务读取nacos配置

接下来,需要修改每一个微服务的 application.yml 文件,让微服务读取 Nacos 中的 client.properties 文件

seata:
  config:
    type: nacos
    nacos:
      server-addr: 127.0.0.1:8848
      username: nacos
      password: nacos
      group: SEATA_GROUP
      data-id: client.properties
复制代码

重启微服务,现在微服务到底是连接 TC 的 SH 集群,还是 TC 的 HZ 集群,都统一由 Nacos 的 client.properties 来决定了。

大体先了解这么多,具体参考官方文档学习:seata.io/zh-cn/docs/…

3. 四种模式对比

image-20220717003727541

1️⃣XA模式

XA 规范 是 X/Open 组织定义的分布式事务处理(DTP,Distributed Transaction Processing)标准,XA 规范描述了全局的 TM 与局部的 RM 之间的接口,几乎所有主流的数据库都对 XA 规范提供了支持。

XA 是规范,目前主流数据库都实现了这种规范,实现的原理都是基于两阶段提交

正常情况:

img

异常情况:

img

一阶段:

1.事务协调者通知每个事物参与者执行本地事务

2.本地事务执行完成后报告事务执行状态给事务协调者,此时事务不提交,继续持有数据库锁

二阶段:

  • 事务协调者基于一阶段的报告来判断下一步操作
    • 如果一阶段都成功,则通知所有事务参与者,提交事务
    • 如果一阶段任意一个参与者失败,则通知所有事务参与者回滚事务

XA实现流程

Seata 对原始的 XA 模式做了简单的封装和改造,以适应自己的事务模型,基本架构如下图:

img

RM 一阶段的工作:

① 注册分支事务到TC

② 执行分支业务 SQL 但不提交

③ 报告执行状态到 TC

TC 二阶段的工作:

  • TC 检测各分支事务执行状态:

    a.如果都成功,通知所有 RM 提交事务

    b.如果有失败,通知所有 RM 回滚事务

RM 二阶段的工作:

  • 接收 TC 指令,提交或回滚事务

优缺点

XA 模式的优点是什么?

  • 事务的强一致性,满足 ACID 原则。
  • 常用数据库都支持,实现简单,并且没有代码侵入。

XA 模式的缺点是什么?

  • 因为一阶段需要锁定数据库资源,等待二阶段结束才释放,性能较差。
  • 依赖关系型数据库实现事务。

⭐实现XA模式

Seata 的 starter 已经完成了 XA 模式的自动装配,实现非常简单,步骤如下

修改每一个微服务的 application.yml 文件(每个参与事务的微服务),开启XA模式:

seata:
  data-source-proxy-mode: XA
复制代码

给发起全局事务的入口方法添加 @GlobalTransactional 注解

本例中是 OrderServiceImpl 中的 create 方法

img

重启服务并测试

重启 order-service,再次测试,发现无论怎样异常情况,三个微服务都能成功回滚。

OrderService

image-20220716191642195

AccountService

image-20220716192538759

测试接口

访问接口localhost:8082/order?userId=user202103032042012&commodityCode=100202003032041&count=2&money=200

image-20220716183157326

现在把count数量换成10个,访问localhost:8082/order?userId=user202103032042012&commodityCode=100202003032041&count=2&money=200

image-20220716183437064

可以看到事务全部回滚了

问题解决:

image-20220716182540344

报错原因:高版本mysql驱动中的接口com.mysql.cj.conf.PropertySet不存在getBooleanReadableProperty方法

解决办法:将mysql驱动切换为较低的版本8.0.11

2️⃣AT模式

AT 模式同样是分阶段提交的事务模型,不过缺弥补了XA模型中资源锁定周期过长的缺陷。

AT实现流程

基本流程图:

img

阶段一 RM 的工作:

  • 注册分支事务
  • 记录 undo-log(数据快照)
  • 执行业务 SQL 并提交事务
  • 报告事务状态

阶段二提交时 RM 的工作:

  • 删除 undo-log 即可

阶段二回滚时 RM 的工作:

  • 根据 undo-log 恢复数据到更新前

流程梳理

我们用一个真实的业务来梳理下 AT 模式的原理。

比如,现在有一个数据库表,记录用户余额

idmoney
1100

其中一个分支业务要执行的 SQL 为

update tb_account set money = money - 10 where id = 1
复制代码

AT模式下,当前分支事务执行流程如下:

一阶段:

1)TM 发起并注册全局事务到 TC

2)TM 调用分支事务

3)分支事务准备执行业务 SQL

4)RM 拦截业务 SQL,根据 where 条件查询原始数据,形成快照。

{
    "id": 1, "money": 100
}
复制代码

5)RM 执行业务 SQL,提交本地事务,释放数据库锁。此时 money = 90

6)RM 报告本地事务状态给 TC

二阶段:

1)TM 通知 TC 事务结束

2)TC 检查分支事务状态。

  • 如果都成功,则立即删除快照;
  • **如果有分支事务失败,需要回滚。**读取快照数据{"id": 1, "money": 100},将快照恢复到数据库。此时数据库再次恢复为 100。

img

AT与XA的区别

简述 AT 模式与 XA 模式最大的区别是什么?

  • XA 模式一阶段不提交事务,锁定资源;AT 模式一阶段直接提交,不锁定资源。
  • XA 模式依赖数据库机制实现回滚;AT 模式利用数据快照实现数据回滚。
  • XA 模式强一致;AT 模式最终一致。

多线程环境下的脏写问题

注意:此处脏写是在多线程环境下的问题

多线程并发访问 AT 模式的分布式事务时,有可能出现脏写问题。

如图,当事务 1 因为某些原因要恢复快照时,另一个线程的事务 2 白更新了一次数据,出现了脏写问题。

img

解决思路就是引入了全局锁的概念。在提交事务之前,先去拿全局锁,避免同一时刻有另外一个事务在操作当前数据,拿不到全局锁超过一定时间则回滚。如图,这样一来事务 2 就更新失败了,此时事务 1 恢复数据不会给另一个线程事务 2 造成改了又没改的离谱现象。

img

优缺点

AT 模式的优点:

  • 一阶段完成直接提交事务,释放数据库资源,性能比较好
  • 利用全局锁实现读写隔离
  • 没有代码侵入,框架自动完成回滚和提交

AT 模式的缺点:

  • 两阶段之间属于软状态,属于最终一致
  • 框架的快照功能会影响性能,但比XA模式要好很多

⭐实现AT模式

AT 模式中的快照生成、回滚等动作都是由框架自动完成,没有任何代码侵入,因此实现非常简单。

只不过,AT模式需要一个表来记录全局锁、另一张表来记录数据快照 undo_log

导入数据库表,记录全局锁

lock_table 表导入到 TC 服务关联的数据库,我这里的 TC 服务数据库是 seata

-- ----------------------------
-- Table structure for lock_table
-- ----------------------------
DROP TABLE IF EXISTS `lock_table`;
CREATE TABLE `lock_table`  (
  `row_key` varchar(128) CHARACTER SET utf8 COLLATE utf8_general_ci NOT NULL,
  `xid` varchar(96) CHARACTER SET utf8 COLLATE utf8_general_ci NULL DEFAULT NULL,
  `transaction_id` bigint(20) NULL DEFAULT NULL,
  `branch_id` bigint(20) NOT NULL,
  `resource_id` varchar(256) CHARACTER SET utf8 COLLATE utf8_general_ci NULL DEFAULT NULL,
  `table_name` varchar(32) CHARACTER SET utf8 COLLATE utf8_general_ci NULL DEFAULT NULL,
  `pk` varchar(36) CHARACTER SET utf8 COLLATE utf8_general_ci NULL DEFAULT NULL,
  `gmt_create` datetime NULL DEFAULT NULL,
  `gmt_modified` datetime NULL DEFAULT NULL,
  PRIMARY KEY (`row_key`) USING BTREE,
  INDEX `idx_branch_id`(`branch_id`) USING BTREE
) ENGINE = InnoDB CHARACTER SET = utf8 COLLATE = utf8_general_ci ROW_FORMAT = Compact;
复制代码

undo_log 表导入到微服务关联的数据库,我这里的微服务数据库是 seata_demo

-- ----------------------------
-- Table structure for undo_log
-- ----------------------------
DROP TABLE IF EXISTS `undo_log`;
CREATE TABLE `undo_log`  (
  `branch_id` bigint(20) NOT NULL COMMENT 'branch transaction id',
  `xid` varchar(100) CHARACTER SET utf8 COLLATE utf8_general_ci NOT NULL COMMENT 'global transaction id',
  `context` varchar(128) CHARACTER SET utf8 COLLATE utf8_general_ci NOT NULL COMMENT 'undo_log context,such as serialization',
  `rollback_info` longblob NOT NULL COMMENT 'rollback info',
  `log_status` int(11) NOT NULL COMMENT '0:normal status,1:defense status',
  `log_created` datetime(6) NOT NULL COMMENT 'create datetime',
  `log_modified` datetime(6) NOT NULL COMMENT 'modify datetime',
  UNIQUE INDEX `ux_undo_log`(`xid`, `branch_id`) USING BTREE
) ENGINE = InnoDB CHARACTER SET = utf8 COLLATE = utf8_general_ci COMMENT = 'AT transaction mode undo table' ROW_FORMAT = Compact;
复制代码

修改 application.yml 文件,将事务模式修改为 AT 模式即可。

seata:
  data-source-proxy-mode: AT # 默认就是AT
复制代码

在业务实现上接上注解

给发起全局事务的入口方法添加 @GlobalTransactional 注解

重启服务并测试。

因为全局锁的表的记录是用完就删的 ,我们打上断点测试

image-20220716215502101

访问:localhost:8082/order?userId=user202103032042012&commodityCode=100202003032041&count=10&money=200

可以看到此时的全局锁表有记录

image-20220716215347423

整个操作结束后,全局锁表会删除对应记录的全局锁记录

image-20220716215840671

3️⃣TCC模式

TCC实现流程

Seata 中的 TCC 模型依然延续之前的事务架构,如图:

img

TCC 模式与 AT 模式非常相似,每阶段都是独立事务,不同的是 TCC 模式通过人工编码来实现数据恢复。

需要实现三个方法:

  • Try:资源的检测和预留;
  • Confirm:完成资源操作业务;要求 Try 成功 Confirm 一定要能成功。
  • Cancel:预留资源释放,可以理解为 try 的反向操作。

例如,一个扣减用户余额的业务。假设账户 A 原来余额是 100,需要余额扣减 30 元。

阶段一( Try ):检查余额是否充足,如果充足则 冻结金额增加 30 元可用余额扣除 30

初始余额

img

余额充足,可以冻结

img

此时,总金额 = 冻结金额 + 可用金额,数量依然是 100 不变。事务直接提交无需等待其它事务。

阶段二(Confirm):假如要提交(Confirm),则冻结金额扣减 30

确认可以提交,不过之前可用金额已经扣减过了,这里只要清除冻结金额就好了

img

此时,总金额 = 冻结金额 + 可用金额 = 0 + 70 = 70元

阶段二(Canncel):如果要回滚(Cancel),则冻结金额扣减 30,可用余额增加 30

需要回滚,那么就要释放冻结金额,恢复可用金额

img

优缺点

TCC 模式的每个阶段是做什么的?

  • Try:资源检查和预留
  • Confirm:业务执行和提交
  • Cancel:预留资源的释放

TCC 的优点是什么?

  • 一阶段完成直接提交事务,释放数据库资源,性能好
  • 相比 AT 模型,无需生成快照,无需使用全局锁,性能最强
  • 不依赖数据库事务,而是依赖补偿操作,可以用于非事务型数据库

TCC 的缺点是什么?

  • 有代码侵入,需要人为编写 try、Confirm 和 Cancel 接口,太麻烦
  • 软状态,事务是最终一致
  • 需要考虑 Confirm 和 Cancel 的失败情况,做好幂等处理

TCC的空回滚和空悬挂

空回滚

当某分支事务的 try 阶段阻塞时,可能导致全局事务超时而触发二阶段的 cancel 操作。在未执行 try 操作时先执行了 cancel 操作,这时cancel 不能做回滚,就是空回滚

执行 cancel 操作时,应当判断 try 是否已经执行,如果尚未执行,则应该空回滚。

img

空悬挂

空回滚后出现的一个新问题:对于已经空回滚的业务,之前被阻塞的 try 操作恢复,继续执行 try,可此时整个业务都已经结束了,难道我们可以让他再去走 confirm 或 cancel 吗,显然不行。因此事务一直处于中间状态,这就是业务悬挂,我们应当去避免这种情况。

所以执行 try 操作时,应当判断 cancel 是否已经执行过了,如果已经执行,应当阻止空回滚后的 try 操作,避免悬挂。

⭐实现TCC模式

案例:改造account-service服务,利用TCC实现分布式事务

  • 修改account-service,编写try、confirm、cancel逻辑
  • try业务:添加冻结金额,扣减可用金额
  • confirm业务:删除冻结金额
  • cancel业务:删除冻结金额,恢复可用金额
  • 保证confirm、cancel接口的幂等性
  • 允许空回滚
  • 拒绝业务空悬挂

设计数据表

实现 TCC 模式我们都知道要去记录冻结状态,所以这就需要一个数据表。

xid:是全局事务 id

freeze_money:用来记录用户冻结金额

state:用来记录事务状态

CREATE TABLE `account_freeze_tbl` (
  `xid` varchar(128) NOT NULL,
  `user_id` varchar(255) DEFAULT NULL COMMENT '用户id',
  `freeze_money` int(11) unsigned DEFAULT '0' COMMENT '冻结金额',
  `state` int(1) DEFAULT NULL COMMENT '事务状态,0:try,1:confirm,2:cancel',
  PRIMARY KEY (`xid`) USING BTREE
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8 ROW_FORMAT=COMPACT;
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image-20220717002007075

  • Try 业务
    • 记录冻结金额和事务状态到 account_freeze 表
    • 扣减 account 表可用金额
  • Confirm 业务
    • 根据 xid 删除 account_freeze 表的冻结记录
  • Cancel 业务
    • 修改 account_freeze 表,冻结金额为 0,state 为 2
    • 修改 account 表,恢复可用金额
  • 如何判断是否空回滚
    • cancel 业务中,根据 xid 查询 account_freeze,如果为 null 则说明 try 还没做,需要空回滚
  • 如何避免业务悬挂
    • try 业务中,根据 xid 查询 account_freeze,如果已经存在则证明 Cancel 已经执行,拒绝执行 try 业务

接下来,我们根据实际业务修改 account-service,利用 TCC 实现余额扣减功能。

声明TCC接口

Seata 全局事务的 id 可以通过 RootContext.getXID(); 获取,

也可以通过 BusinessActionContext 参数的 getXid() 方法获取。

TCC 的 Try、Confirm、Cancel 方法都需要在接口中基于注解来声明:

  • 首先是接口上要用 @LocalTCC
  • try 逻辑方法用注解@TwoPhaseBusinessAction(name="try 方法名", commitMethod="confirm 方法名", rollbackMethod="cancel 方法名") 注明
  • 在该方法参数上加入 @BusinessActionContextParameter(paramName="try 方法的参数"),可以使得该参数传入 BusinessActionContext 类,便于 confirm 和 cancel 读取

img

编写实现代码

我们在 account-service 项目中的 service 包中新建一个接口,声明 TCC 三个接口。

@LocalTCC
public interface AccountTCCService {

    @TwoPhaseBusinessAction(name = "deduct", commitMethod = "confirm", rollbackMethod = "cancel")
    void deduct(@BusinessActionContextParameter(paramName = "userId") String userId,
                @BusinessActionContextParameter(paramName = "money")int money);

    boolean confirm(BusinessActionContext ctx);

    boolean cancel(BusinessActionContext ctx);
}
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在 account-service 服务中的 service.impl 包下新建一个类,实现 TCC 业务

@Service
@Slf4j
public class AccountTCCServiceImpl implements AccountTCCService {
    @Autowired
    private AccountMapper accountMapper;
    @Autowired
    private AccountFreezeMapper freezeMapper;

    @Override
    @Transactional
    public void deduct(String userId, int money) {
        // 0.获取事务id
        String xid = RootContext.getXID();
        // 业务悬挂判断: 判断freeze中是否有冻结记录,如果有,一定是cancel执行过,拒绝业务操作
        if (freezeMapper.selectById(xid) != null) {
            // cancel执行过,我要拒绝业务
            return;
        }
        // 1.扣减可用余额
        accountMapper.deduct(userId, money);
        // 2.记录冻结金额,事务状态
        AccountFreeze freeze = new AccountFreeze();
        freeze.setUserId(userId);
        freeze.setFreezeMoney(money);
        freeze.setState(AccountFreeze.State.TRY);
        freeze.setXid(xid);
        freezeMapper.insert(freeze);
    }

    @Override
    public boolean confirm(BusinessActionContext ctx) {
        // 1.获取事务id
        String xid = ctx.getXid();
        // 2.根据id删除冻结记录
        int count = freezeMapper.deleteById(xid);
        return count == 1;
    }

    @Override
    public boolean cancel(BusinessActionContext ctx) {
        // 0.查询冻结记录
        String xid = ctx.getXid();
        // 根据id查询冻结表的记录
        AccountFreeze freeze = freezeMapper.selectById(xid);
        // 处理空回滚
        if (freeze == null) {
            //空回滚
            freeze = new AccountFreeze();
            String userId = ctx.getActionContext("userId").toString();
            freeze.setUserId(userId);
            freeze.setFreezeMoney(0);
            freeze.setState(AccountFreeze.State.CANCEL);
            freeze.setXid(xid);
            freezeMapper.insert(freeze);
            return true;
        }
        // 幂等判断
        if(freeze.getState() == AccountFreeze.State.CANCEL){
            // 已经处理过了cancel,无需重复
            return true;
        }
        // 1.恢复可用余额
        accountMapper.refund(freeze.getUserId(), freeze.getFreezeMoney());
        // 2.将冻结金额清零,状态改为CANCEL
        freeze.setFreezeMoney(0);
        freeze.setState(AccountFreeze.State.CANCEL);
        int count = freezeMapper.updateById(freeze);
        return count == 1;
    }
}
复制代码

测试代码

发送请求:localhost:8082/order?userId=user202103032042012&commodityCode=100202003032041&count=10&money=200

有异常,触发TCC回滚

image-20220717002845998

查看冻结表,有记录,而且state状态是cancel

image-20220717002525911

4️⃣SAGA模式

Saga 模式是 Seata 即将开源的长事务解决方案,将由蚂蚁金服主要贡献。

Seata 官网对于 Saga 的指南:seata.io/zh-cn/docs/…

分布式事务执行过程中,依次执行各参与者的正向操作,如果所有正向操作均执行成功,那么分布式事务提交。如果任意一个正向操作执行失败,那么分布式事务会去退回去执行前面各参与者的逆向回滚操作,回滚已提交的参与者,使分布式事务回到初始状态。

Saga实现流程

img

Saga 模式也分为两个阶段

  • 一阶段:直接提交本地事务
  • 二阶段:
    • 成功则什么都不做;
    • 失败则通过编写补偿业务来回滚

优缺点

优点:

  • 事务参与者可以基于事件驱动实现异步调用,吞吐高
  • 一阶段直接提交事务,无锁,性能好
  • 不用编写 TCC 中的三个阶段,实现简单

缺点:

  • 软状态持续时间不确定,时效性差
  • 没有锁,没有事务隔离,会有脏写

适用于业务跨度比较大,比较复杂的情况

⭐实现SAGA模式

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