简述分布式事务解决方案第一篇——XA协议

小明爱吃火锅
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分布式事务解决方案之XA协议

前言

在分布式系统中，保证不同节点之间的数据一致性是一个重要的问题。当一次业务操作需要跨越多个数据源或多个系统进行远程调用时，就会产生分布式事务问题。每一个服务都是独立的，例如：下订单->减库存->扣余额->改订单状态，这样全局数据一致性问题就没法保证。本文首先介绍分布式事务的第一种处理方案，基于XA协议的两阶段提交。

XA协议简介

XA协议需要数据库层面支持，由数据库控制事务。其核心是两阶段提交（2PC）和三阶段提交（3PC）协议。

两阶段提交（2PC）

如图所示两阶段提交：

image.png

第一阶段（prepare）：每个参与者执行本地事务但不提交，进入ready状态，并通知协调者已经准备就绪。

第二阶段（commit）：当协调者确认每个参与者都ready后，通知参与者进行commit操作；如果有参与者fail则发送rollback命令，各参与者做回滚。 接下来用个简单的案例介绍一下如何实现两阶段提交，假设有一个TransactionManager类来充当协调者。

public class TransactionManager {
    public void prepare(Participant participant) {
        // 通知参与者准备提交
        participant.prepare();
    }

    public void commit(Participant participant) {
        // 通知参与者提交事务
        participant.commit();
    }

    public void rollback(Participant participant) {
        // 通知参与者回滚事务
        participant.rollback();
    }
}

// Participant接口代表参与者
interface Participant {
    void prepare();
    void commit();
    void rollback();
}

// 具体的参与者实现
public class ConcreteParticipant implements Participant {
    private boolean isPrepared;

    @Override
    public void prepare() {
        // 执行本地事务操作
        // ...
        // 准备提交，但不提交
        isPrepared = true;
        System.out.println("Participant prepared.");
    }

    @Override
    public void commit() {
        if (isPrepared) {
            // 提交本地事务
            // ...
            System.out.println("Participant committed.");
            isPrepared = false;
        }
    }

    @Override
    public void rollback() {
        if (isPrepared) {
            // 回滚本地事务
            // ...
            System.out.println("Participant rolled back.");
            isPrepared = false;
        }
    }
}

// 使用示例
public class TwoPhaseCommitExample {
    public static void main(String[] args) {
        TransactionManager tm = new TransactionManager();
        Participant participant = new ConcreteParticipant();

        tm.prepare(participant);
        tm.commit(participant);
    }
}

XA协议出现的问题

  1. 单点故障：一旦事务管理器出现故障，整个系统不可用（参与者都会阻塞住）。
  2. 数据不一致：在阶段二，如果事务管理器发送了部分commit消息，此时网络发生异常，那么部分参与者接收到commit消息，导致只有部分参与者提交了事务，使得系统数据不一致。
  3. 响应时间较长：参与者和协调者资源被锁住（数据库SQL复杂，行锁，响应时间很长），提交或者回滚之后才能释放。
  4. 不确定性：当事务管理器发送commit之后，并且此时只有一个参与者收到了commit，那么当该参与者与事务管理器同时死机之后，重新选举的事务管理器无法确定该条消息是否发送提交成功。

三阶段提交（3PC）

如图所示三极端提交

image.png

三阶段提交主要是针对两阶段提交的优化，解决了2PC单点故障的问题，但是性能问题和不一致问题仍然没有解决。引入了超时机制解决参与者阻塞的问题，超时后本地提交，如果协调者迟迟没有响应，参与者就会自己提交本地事务。

第一阶段：Can Commit阶段

协调者询问事务参与者，是否有能力完成此次事务，如果都返回yes，则进入第二阶段，否则中断事务，向所有参与者发送abort请求。接下来的两阶段就是上述讲解的两阶段（2PC）。

同样也是使用案例代码简单介绍一下三阶段提交。

// TransactionManager类在三阶段提交中的角色与两阶段提交相同
// Participant接口和ConcreteParticipant类的实现与两阶段提交相同
public class ThreePhaseCommitExample {
    public static void main(String[] args) {
        TransactionManager tm = new TransactionManager();
        Participant participant = new ConcreteParticipant();

        // CanCommit阶段
        tm.canCommit(participant);
        // 如果所有参与者都回复"Yes"，则进入预提交阶段
        tm.preCommit(participant);
        // 如果所有参与者都成功预提交，则进入提交阶段
        tm.commit(participant);
    }
}

从上述代码看，三阶段相对比较简单。

总结

XA协议作为一种分布式事务解决方案，虽然在一定程度上能够保证数据的一致性，但也存在单点故障、数据不一致、响应时间长和不确定性等问题。三阶段提交虽然对两阶段提交进行了优化，但在性能和一致性问题上仍有待改进。

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