3 分钟学习微服务系列 | 事务及分布式事务

Posted 2021-04-25 道客船长

微服务在业界正获得越来越多的关注，理解微服务架构模式，对现有企业应用转型升级大有帮助。如何快速学习微服务中复杂的概念，掌握其实践，成为众多学习者关注的问题。DaoCloud 首席架构师王天青为大家带来「3 分钟学习微服务」系列，为微服务学习 划 重 点 ！本期重点：「事务」及「分布式事务」。

事务

事务是现代数据库理论中的核心概念之一。如果一组处理步骤或者全部发生或者一步也不执行，我们称该组处理步骤为一个事务。当所有的步骤像一个操作一样被完整地执行，我们称该事务被提交（Commit）。由于其中的一部分或多步执行失败，导致没有步骤被提交，则事务必须回滚（Rollback）到最初的系统状态。

事务的特征

事务是并发控制的单位，是用户定义的一个操作序列。这些操作要么都做，要么都不做，是一个不可分割的工作单位。

ACID

•       原子性 (Atomicity) ：事务是数据库的逻辑工作单位，事务中包括的诸操作要么全做，要么全不做。

•       一致性 (Consistency)：事务执行的结果必须是使数据库从一个一致性状态变到另一个一致性状态。一致性与原子性是密切相关的。

•       隔离性 (Isolation)：一个事务的执行不能被其他事务干扰。

•       持续性/永久性 (Durability)：一个事务一旦提交，它对数据库中数据的改变就应该是永久性的。

分布式事务

Use Case

A 账号向 B 账号汇钱

Solution

本地事务

•       事务开始

•       从A帐号中把余额读出来。

•       对A帐号做减法操作。

•       把结果写回A帐号中。

•       从B帐号中把余额读出来。

•       对B帐号做加法操作。

•       把结果写回B帐号中

•       事务结束

／如果跨行转账呢？／

在分布式系统中，每个节点虽然可以知晓自己的操作时成功或者失败，却无法知道其他节点的操作的成功或失败。

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要把操作结果进行真正的提交(比如将更新后的数据写入磁盘等)。

／ 两阶段提交 ／

第一阶段 |  Vote 

•       协调者会问所有的参与者结点，是否可以执行提交操作。

•       各个参与者开始事务执行的准备工作：如：为资源上锁，预留资源，写 undo/redo log……

•       参与者响应协调者，如果事务的准备工作成功，则回应“可以提交”，否则回应“拒绝提交”。

第二阶段 |  Decision 

•       如果所有的参与者都回应“可以提交”，那么，协调者向所有的参与者发送“正式提交”的命令。参与者完成正式提交，并释放所有资源，然后回应“完成”，协调者收集各结点的“完成”回应后结束这个 Global Transaction。

•       如果有一个参与者回应“拒绝提交”，那么，协调者向所有的参与者发送“回滚操作”，并释放所有资源，然后回应“回滚完成”，协调者收集各结点的“回滚”回应后，取消这个 Global Transaction。

二阶段提交问题

1.    同步阻塞操作，必然会非常大地影响性能。

2.    另外是超时问题，比如，

1)    如果第一阶段中，参与者没有收到询问请求，或是参与者的回应没有到达协调者。那么，需要协调者做超时处理，一旦超时，可以当作失败，也可以重试。

2)    如果第二阶段中，正式提交发出后，如果有的参与者没有收到，或是参与者提交/回滚后的确认信息没有返回，一旦参与者的回应超时，要么重试，要么把那个参与者标记为问题结点剔除整个集群，这样可以保证服务结点都是数据一致性的。

3)    糟糕的情况是，第二阶段中，如果参与者收不到协调者的 commit/fallback 指令，参与者将处于“状态未知”阶段，参与者完全不知道要怎么办，比如：如果所有的参与者完成第一阶段的回复后（可能全部 yes，可能全部 no，可能部分 yes 部分 no），如果协调者在这个时候挂掉了。那么所有的结点完全不知道怎么办（问别的参与者都不行）。为了一致性，要么死等协调者，要么重发第一阶段的 yes/no 命令。

三阶段提交

•       三阶段提交把二阶段提交的第一个段 break 成了两段：询问，然后再锁资源和最后真正提交。

•       三段提交的核心理念是：在询问的时候并不锁定资源，除非所有人都同意了，才开始锁资源。

下期预告：《数据一致性》，敬请期待！

作者介绍 | 王天青

王天青，DaoCloud 首席架构师，曾先后在麻袋理财担任职首席架构师，EMC 中国研究院任职主任工程师，工作十多年间，做过前端，做过后端， 对云计算有深入了解。目前对云原生应用之微服务架构及敏捷的基础架构（Docker）有比较多的研究和实践，同时对大型网站的技术架构有比较多的认识和实践，在 DaoCloud 负责企业客户应用微服务架构转型。