20 张图搞懂「分布式事务」 | 🏆 技术专题第五期征文(上)

简介: 20 张图搞懂「分布式事务」 | 🏆 技术专题第五期征文(上)

每个时代,都不会亏待会学习的人。

大家好,我是 yes。

今天我想和大家一起盘一盘分布式事务,会介绍常见的分布式事务实现方案和其优缺点以及适用的场景,并会带出它们的一些变体实现。

还会捎带一下分布式数据库对 2PC 的改进模型,看看分布式数据库是如何做的。

然后再分析一波分布式事务框架 Seata 的具体实现,看看分布式事务究竟是如何落地的,毕竟协议要落地才是有用的。


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首先我们来提一下事务和分布式事务是什么。


事务


事务的 ACID 想必大家都熟知,这其实是严格意义上的定义,指的是事务的实现必须具备原子性、一致性、隔离性和持久性。


不过严格意义上的事务很难达到,像我们熟知的数据库就有各种隔离级别,隔离级别越高性能越低,所以往往我们都会从中找到属于自己的平衡,不会遵循严格意义上的事务


并且在我们平日的谈论中,所谓的事务往往简单的指代一系列的操作全部执行成功,或者全部失败,不会出现一些成功一些失败的情形。


清晰了平日我们对事务的定义之后,再来看看什么是分布式事务。


分布式事务


由于互联网的快速发展,以往的单体架构顶不住这么多的需求,这么复杂的业务,这么大的流量。


单体架构的优势在于前期快速搭建、快速上线,并且方法和模块之间都是内部调用,没有网络的开销更加的高效。


从某方面来说部署也方便,毕竟就一个包,扔上去。


不过随着企业的发展,业务的复杂度越来越高,内部耦合极其严重,导致牵一发而动全身,开发不易,测试不易。


并且无法根据热点服务进行动态的伸缩,比如商品服务访问量特别大,如果是单体架构的话我们只能把整个应用复制多份集群部署,浪费资源。


因此拆分势在必行,微服务架构就这么来了。


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拆分之后服务之间的边界就清晰了,每个服务都能独立地运行,独立地部署,所以能以服务级别弹性伸缩了。


服务之间的本地调用变成了远程调用,链路更长了,一次调用的耗时更长了,但是总体的吞吐量更大了。



不过拆分之后还会引入其他复杂度,比如服务链路的监控、整体的监控、容错措施、弹性伸缩等等运维监控的问题,还有像分布式事务、分布式锁跟业务息息相关的问题等。

往往解决了一个痛点又会引入别的痛点,所以架构的演进都是权衡的结果,就看你们的系统更能忍受哪种痛点了。


而今天我们谈及的就是分布式事务这个痛点。


分布式事务是由多个本地事务组成的,分布式事务跨越了多设备,之间又经历的复杂的网络,可想而知想要实现严格的事务道路阻且长。


单机版事务都不会严格遵守事务的严格实现,更别说分布式事务了,所以在现实情况下我们只能实现残缺版的事务。


在明确了事务和分布式事务之后,我们就先来看看常见的分布式事务方案:2PC、3PC、TCC、本地消息、事务消息。


2PC


2PC,Two-phase commit protocol,即两阶段提交协议。 它引入了一个事务协调者角色,来管理各个参与者(就是各数据库资源)。


整体分为两个阶段,分别是准备阶段和提交/回滚阶段。


我们先来看看第一个阶段,即准备阶段。


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由事务协调者给每个参与者发送准备命令,每个参与者收到命令之后会执行相关事务操作,你可以认为除了事务的提交啥都做了。


然后每个参与者会返回响应告知协调者自己是否准备成功。


协调者收到每个参与者的响应之后就进入第二阶段,根据收集的响应,如果有一个参与者响应准备失败那么就向所有参与者发送回滚命令,反之发送提交命令。


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这个协议其实很符合正常的思维,就像我们大学上课点名的时候,其实老师就是协调者的角色,我们都是参与者。


老师一个一个的点名,我们一个一个的喊到,最后老师收到所有同学的到之后就开始了今天的讲课。


而和点名有所不同的是,老师发现某几个学生不在还是能继续上课,而我们的事务可不允许这样


事务协调者在第一阶段未收到个别参与者的响应,则等待一定时间就会认为事务失败,会发送回滚命令,所以在 2PC 中事务协调者有超时机制。


我们再来分析一下 2PC 的优缺点。


2PC 的优点是能利用数据库自身的功能进行本地事务的提交和回滚,也就是说提交和回滚实际操作不需要我们实现,不侵入业务逻辑由数据库完成,在之后讲解 TCC 之后相信大家对这点会有所体会。


2PC 主要有三大缺点:同步阻塞、单点故障和数据不一致问题。


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同步阻塞

可以看到在第一阶段执行了准备命令后,我们每个本地资源都处于锁定状态,因为除了事务的提交之外啥都做了。


所以这时候如果本地的其他请求要访问同一个资源,比如要修改商品表 id 等于 100 的那条数据,那么此时是被阻塞住的,必须等待前面事务的完结,收到提交/回滚命令执行完释放资源后,这个请求才能得以继续。


所以假设这个分布式事务涉及到很多参与者,然后有些参与者处理又特别复杂,特别慢,那么那些处理快的节点也得等着,所以说效率有点低。


单点故障

可以看到这个单点就是协调者,如果协调者挂了整个事务就执行不下去了


如果协调者在发送准备命令前挂了还行,毕竟每个资源都还未执行命令,那么资源是没被锁定的。


可怕的是在发送完准备命令之后挂了,这时候每个本地资源都执行完处于锁定状态了,都杵着了,这就很僵硬了,如果是某个热点资源都阻塞了,这估计就要GG了。






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