分布式二阶段提交协议理论

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二阶段提交(Two-phaseCommit)是指:在计算机网络以及数据库领域内,为了使基于分布式系统架构下的所有节点在进行事务提交时保持一致性而设计的一种算法。通常,二阶段提交也称为是一种协议。

在分布式系统中,每个节点虽然可以知晓自己的操作是成功或者失败,却无法知道其他节点的操作的成功与失败。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掌控所有节点(称作参与者)的操作结果,并最终指示这些节点是否把操作结果进行真正的提交。

因此,二阶段提交的算法思路可以概况为:参与者将操作成败通知协调者,再由协调者根据所有参与者的反馈情报决定各参与者是否需要提交操作,还是终止操作。

两个阶段是指:第一阶段:准备阶段(投票阶段)和第二阶段:提交阶段(执行阶段)。

准备阶段:

事务协调者(事务管理器)给每个参与者(资源管理器)发送Prepare消息,每个参与者要么直接返回失败,要么在本地执行事务,写本地的redo和undo日志,但不提交,到达一种“完事具备,只欠东风”的状态。

准备阶段的三个步骤:

1、协调者节点向所有参与者节点询问是否可以执行提交操作,并开始等待各参与者节点的响应。

2、参与者节点执行询问发起为止的所有事务操作,并将Undo信息和Redo信息写入日志。(注意:若成功这里其实每个参与者已经执行事务操作)

3、各参与者节点响应协调者节点发起的询问。如果参与者节点的事务操作实际执行成功,则它发送一个“同意”消息;如果参与者节点的事务操作失败,则它返回一个“终止”消息。

提交阶段:

如果协调者收到了参与者的失败或超时,直接给每个参与者发送回滚(Rollback)消息;否则发送提交(Commit)消息;

参与者根据协调者的指令执行提交或回滚操作,释放所有事务处理过程中使用的锁资源。(注意:必须在最后阶段释放锁资源)

二阶段提交的缺点:

1、同步阻塞问题

执行过程中,所有参与节点都是事务阻塞型的,当参与者占用公共资源时,其他第三方节点访问公共资源不得不处理阻塞状态(准备阶段,只执行SQL而不提交,并且占用数据库连接资源)。

2、单点故障

由于协调者的重要性,一旦协调者发生故障。参与者一直阻塞下去。尤其在第二阶段,协调者发生故障,那么所有的参与者还都处于锁定事务资源的状态中,而无法继续完成事务操作。(如果是协调者挂了,可以重新选举 一个协调者,但无法解决因为协调者宕机导致的参与者处于阻塞状态的问题)。

3、数据不一致

在二阶段提交的阶段中,当协调者向参与者发送commit请求之后,发生了局部网络异常或在发送commit请求过程中协调者发生了故障,这会导致只有一部分参与者接收到了commit请求。而在这部分参与者接到commit请求之后就会执行commit操作。但其他部分未接到commit请求的机器则无法执行事务提交。于是整个分布式系统便出现了数据不一致的现象。

4、二阶段无法解决的问题

协调者在发送commit消息之后宕机,而唯一接收到这条消息的参与者同时也宕机了。那么即使协调者通过选举协议产生了协调者,这条事务的状态也是不正确的,没人知道事务是否已被提交。

处理方法:补偿:手动补偿 ,脚本补偿。