6 张图带你彻底搞懂分布式事务 XA 模式

Posted 2021-05-03 阿里巴巴云原生

作者 | 朱晋君

XA 协议是由 X/Open 组织提出的分布式事务处理规范，主要定义了事务管理器 TM 和局部资源管理器 RM 之间的接口。目前主流的数据库，比如 oracle、DB2 都是支持 XA 协议的。

mysql 从 5.0 版本开始，innoDB 存储引擎已经支持 XA 协议，今天的源码介绍实验环境使用的是 mysql 数据库。

两阶段提交

分布式事务的两阶段提交是把整个事务提交分为 prepare 和 commit 两个阶段。以电商系统为例，分布式系统中有订单、账户和库存三个服务，如下图：

第一阶段，事务协调者向事务参与者发送 prepare 请求，事务参与者收到请求后，如果可以提交事务，回复 yes，否则回复 no。

第二阶段，如果所有事务参与者都回复了 yes，事务协调者向所有事务参与者发送 commit 请求，否则发送 rollback 请求。

两阶段提交存在三个问题：

• 同步阻塞，本地事务在 prepare 阶段锁定资源，如果有其他事务也要修改 xiaoming 这个账户，就必须等待前面的事务完成。这样就造成了系统性能下降。
• 协调节点单点故障，如果第一个阶段 prepare 成功了，但是第二个阶段协调节点发出 commit 指令之前宕机了，所有服务的数据资源处于锁定状态，事务将无限期地等待。
• 数据不一致，如果第一阶段 prepare 成功了，但是第二阶段协调节点向某个节点发送 commit 命令时失败，就会导致数据不一致。

三阶段提交

为了解决两阶段提交的问题，三阶段提交做了改进：

• 在协调节点和事务参与者都引入了超时机制。
• 第一阶段的 prepare 阶段分成了两步，canCommi 和 preCommit。

如下图：

引入 preCommit 阶段后，协调节点会在 commit 之前再次检查各个事务参与者的状态，保证它们的状态是一致的。但是也存在问题，那就是如果第三阶段发出 rollback 请求，有的节点没有收到，那没有收到的节点会在超时之后进行提交，造成数据不一致。

XA 事务语法介绍

xa 事务的语法如下：

1. 三阶段的第一阶段：开启 xa 事务，这里 xid 为全局事务 id：

 
   
   
 

  
    
    
  

 
   
   
 
 
   
   
 

  
    
    
  
 
   
 
  
  
    
    
  
XA {START|BEGIN} xid [JOIN|RESUME]
 
   
   
 
 
   
   
 

  
    
    
  

 
   
   
 

结束 xa 事务：

XA END xid [SUSPEND [FOR MIGRATE]]

2. 三阶段的第二阶段，即 prepare：

XA PREPARE xid

3. 三阶段的第三阶段，即 commit/rollback：

XA COMMIT xid [ONE PHASE]XA ROLLBACK xid

4. 查看处于 PREPARE 阶段的所有事务：

XA RECOVER XA RECOVER [CONVERT XID]

seata XA 简介

seata 是阿里推出的一款开源分布式事务解决方案，目前有 AT、TCC、SAGA、XA 四种模式。

seata 的 XA 模式是利用分支事务中数据库对 XA 协议的支持来实现的。我们看一下 seata 官网的介绍：^[1]

从上面的图可以看到，seata XA 模式的流程跟其他模式一样：

1. TM 开启全局事务
2. RM 向 TC 注册分支事务
3. RM 向 TC 报告分支事务状态
4. TC 向 RM 发送 commit/rollback 请求
5. TM 结束全局事务

这里介绍一下 RM 客户端初始化关联的 UML 类图：^[2]

这个图中有一个类是 AbstractNettyRemotingClient，这个类的内部类 ClientHandler 来处理 TC 发来的请求并委托给父类 AbstractNettyRemoting 的 processMessage 方法来处理。processMessage 方法调用 RmBranchCommitProcessor 类的 process 方法。

需要注意的是，「seata 的 xa 模式对传统的三阶段提交做了优化，改成了两阶段提交」:

• 第一阶段首执行 XA 开启、执行 sql、XA 结束三个步骤，之后直接执行 XA prepare。
• 第二阶段执行 XA commit/rollback。

mysql 目前是支持 seata xa 模式的两阶段优化的。

「但是这个优化对 oracle 不支持，因为 oracle 实现的是标准的 xa 协议，即 xa end 后，协调节点向事务参与者统一发送 prepare，最后再发送 commit/rollback。这也导致了 seata 的 xa 模式对 oracle 支持不太好。」

seata XA 源码

seata 中的 XA 模式是使用数据源代理来实现的，需要手动配置数据源代理，代码如下：

@Bean@ConfigurationProperties(prefix = "spring.datasource")public DruidDataSource druidDataSource() { return new DruidDataSource();}
@Bean("dataSourceProxy")public DataSource dataSource(DruidDataSource druidDataSource) { return new DataSourceProxyXA(druidDataSource);}

• 也可以根据普通 DataSource 来创建 XAConnection，但是这种方式有兼容性问题（比如 oracle），所以 seata 使用了开发者自己配置 XADataSource。
• seata 提供的 XA 数据源代理，要求代码框架中必须使用 druid 连接池。

1. XA 第一阶段

当 RM 收到 DML 请求后，seata 会使用 ExecuteTemplateXA 来执行，执行方法 execute 中有一个地方很关键，就是把 autocommit 属性改为了 false ，而 mysql 默认 autocommit 是 true 。事务提交之后，还要把 autocommit 改回默认。

下面我们看一下 XA 第一阶段提交的主要代码。

1）开启 XA

上面代码标注 [1] 处，调用了 ConnectionProxyXA 类的 setAutoCommit 方法，这个方法的源代码中， XA start 主要做了三件事：

• 向 TC 注册分支事务

 

• 调用数据源的 XA Start

 
   
   
 

  
    
    
  

 
   
   
 
 
   
   
 

  
    
    
  
 
   
 
  
  
    
    
  
xaResource.start(this.xaBranchXid, XAResource.TMNOFLAGS);
 
   
   
 
 
   
   
 

  
    
    
  
  
    
    
  

  
    
    
  
 
   
   
 

• 把 xaActive 设置为 true

RM 并没有直接使用 TC 返回的 branchId 作为 xa 数据源的 branchId ，而是使用全局事务 id(xid) 和 branchId 重新构建了一个。

2）执行 sql

调用 PreparedStatementProxyXA 的 execute 执行 sql 。

3）XA end/prepare

调用 connectionProxyXA 的 commit 方法，代码如下：

public void commit() throws SQLException { //省略部分源代码 try { // XA End: Success xaResource.end(xaBranchXid, XAResource.TMSUCCESS); // XA Prepare xaResource.prepare(xaBranchXid); // Keep the Connection if necessary keepIfNecessary(); } catch (XAException xe) { try { // Branch Report to TC: Failed DefaultResourceManager.get().branchReport(BranchType.XA, xid, xaBranchXid.getBranchId(), BranchStatus.PhaseOne_Failed, null); } catch (TransactionException te) { //这儿只打印了一个warn级别的日志 } throw new SQLException( "Failed to end(TMSUCCESS)/prepare xa branch on " + xid + "-" + xaBranchXid.getBranchId() + " since " + xe .getMessage(), xe); } finally { cleanXABranchContext(); }}

从这个源码我们看到， commit 主要做了三件事：

• 调用数据源的 XA end
• 调用数据源的 XA prepare
• 向 TC 报告分支事务状态

到这里我们就可以看到， seata 把 xa 协议的前两个阶段合成了一个阶段。

2. XA commit

这里的调用关系用一个时序图来表示：

看一下 RmBranchCommitProcessor 类的 process 方法，代码如下：

@Overridepublic void process(ChannelHandlerContext ctx, RpcMessage rpcMessage) throws Exception { String remoteAddress = NetUtil.toStringAddress(ctx.channel().remoteAddress()); Object msg = rpcMessage.getBody(); if (LOGGER.isInfoEnabled()) { LOGGER.info("rm client handle branch commit process:" + msg); } handleBranchCommit(rpcMessage, remoteAddress, (BranchCommitRequest) msg);}

从调用关系时序图可以看出，上面的 handleBranchCommit 方法最终调用了 AbstractRMHandler 的 handle 方法，最后通过 branchCommit 方法调用了 ResourceManagerXA 类的 finishBranch 方法。

ResourceManagerXA 类是 XA 模式的资源管理器，看下面这个类图，也就是 seata 中资源管理器 （RM） 的 UML 类图：

上面的 finishBranch 方法调用了 connectionProxyXA.xaCommit 方法，我们最后看一下 xaCommit 方法：

public void xaCommit(String xid, long branchId, String applicationData) throws XAException { XAXid xaXid = XAXidBuilder.build(xid, branchId); //因为使用mysql，这里xaResource是MysqlXAConnection xaResource.commit(xaXid, false); releaseIfNecessary();}

上面调用了数据源的 commit 方法，提交了 RM 分支事务。

到这里，整个 RM 分支事务就结束了。 Rollback 的代码逻辑跟 commit 类似。

最后要说明的是，上面的 xaResource ，是 mysql-connector-java.jar 包中的 MysqlXAConnection 类实例，它封装了 mysql 提供的 XA 协议接口。

总结

seata 中 XA 模式的实现是使用数据源代理完成的，底层使用了数据库对 XA 协议的原生支持。

mysql 的 java 驱动库中， MysqlXAConnection 类封装类 XA 协议的底层接口供外部调用。

跟 TCC 和 SAGA 模式需要在业务代码中实现 prepare/commit/rollback 逻辑相比， XA 模式对业务代码无侵入。

Reference

[1]： http://seata.io/zh-cn/docs/overview/what-is-seata.html

[2]： https://github.com/seata/seata

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