聊聊Seata分布式事务解决方案的AT模式

Posted 2023-05-19 又见阿郎

什么是Seata分布式事务解决方案

Seata是一款开源的分布式事务解决方案，致力于提供高性能和简单易用的分布式事务服务。若把经典的TCC 模式类比成手动挡驾驶模式，那么 Seata 的 AT 模式就好比自动挡驾驶模式，分布式事务这个强大且复杂的服务能力由Seata框架托管，对业务实现无侵入式，用户仍然只专注于业务 SQL。

AT模式

AT 模式是基于 DataSource 代理实现的，通过代理 DataSource ，拦截 SQL 执行，增强其执行逻辑，由代理侧加入额外的能力以提供分布式事务服务（好似钢铁侠的机甲提供了超强能力）。

暂时先放个自己整理的脑图概要，后面会铺开细节。

Seata架构篇 - AT模式

前言

Seata 是一款开源的分布式事务解决方案，致力于提供高性能和简单易用的分布式事务服务。Seata 将为用户提供了 AT、TCC、SAGA 和 XA 事务模式，为用户打造一站式的分布式解决方案。

X/Open DTP Model

X/Open DTP Model 是 X/Open 组织定义的一套分布式事务的标准，也就是定义了分布式事务处理的规范和 API 接口，但是具体实现由各厂商自行实现。

TM、RM 作为 Seata 的客户端与业务系统集成在一起，TC 作为 Seata 的服务端独立部署。

TC（Transaction Coordinator）- 事务协调者

维护全局和分支事务的状态，驱动全局事务提交或回滚。

TM（Transaction Manager）- 事务管理器

管理全局事务，包括开始全局事务、提交或回滚全局事务。

RM（Resource Manager）- 资源管理器

管理分支事务，包括向 TC 注册分支事务和报告分支事务的状态，并驱动分支事务提交或回滚。

在 Seata 中，分布式事务的执行流程：

• TM 开启分布式事务（TM 向 TC 注册全局事务记录）
• 按业务场景，编排数据库、服务等事务资源（RM 向 TC 汇报资源准备状态）
• TM 结束分布式事务，事务阶段一结束（TM 通知 TC 提交/回滚分布式事务）
• TC 汇总事务信息，决定分布式事务提交还是回滚
• TC 通知所有 RM 提交/回滚，事务二阶段结束

AT 模式

概述

Seata AT 模式是一种非侵入式的分布式事务解决方案，Seata 在内部做了对数据库操作的代理层，我们使用 Seata AT 模式时，实际上用的是 Seata 自带的数据源代理 DataSourceProxy，Seata 在这层代理中加入了很多逻辑，比如插入回滚 undo_log 日志，检查全局锁等。

为什么要检查全局锁呢，这是由于 Seata AT 模式的事务隔离是建立在分支事务的本地隔离级别基础之上的，在数据库本地隔离级别读已提交或以上的前提下，Seata 设计了由事务协调器维护的全局写排他锁，来保证事务间的写隔离，同时，将全局事务默认定义在读未提交的隔离级别上。

Seata 的事务是一个全局事务，它包含了若干个分支本地事务，在全局事务执行过程中（全局事务还没执行完），某个本地事务提交了，如果 Seata 没有采取任何措施，则会导致已提交的本地事务被读取，造成脏读，如果数据在全局事务提交前已提交的本地事务被修改，则会造成脏写。

一阶段：业务数据和回滚日志在同一个本地事务提交，释放本地锁和连接资源。

二阶段：提交异步化，非常快速地完成。回滚通过一阶段的回滚日志反向补偿。

Seata AT模式隔离级别解读

适用场景

• 基于支持本地 ACID 事务的关系型数据库。
• Java 应用，通过 JDBC 访问数据库。

原理

一阶段

1、解析 SQL。得到 SQL 的类型（UPDATE）、表（product）、条件（where name = ‘TXC’）等相关的信息。

2、查询前镜像：根据解析得到的条件信息，生成查询语句，定位数据。

select id, name, since from product where name = 'TXC';

得到前镜像：

id	name	since
1	TXC	2014

3、执行业务 SQL。更新这条记录的 name 为 ‘GTS’。

4、查询后镜像：根据前镜像的结果，通过 主键 定位数据。

得到后镜像：

id	name	since
1	GTS	2014

5、插入回滚日志：把前后镜像数据以及业务 SQL 相关的信息组成一条回滚日志记录，插入到 UNDO_LOG 表中。

	"branchId": 641789253,
	"undoItems": [
		"afterImage": 
			"rows": [
				"fields": [
					"name": "id",
					"type": 4,
					"value": 1
				, 
					"name": "name",
					"type": 12,
					"value": "GTS"
				, 
					"name": "since",
					"type": 12,
					"value": "2014"
				]
			],
			"tableName": "product"
		,
		"beforeImage": 
			"rows": [
				"fields": [
					"name": "id",
					"type": 4,
					"value": 1
				, 
					"name": "name",
					"type": 12,
					"value": "TXC"
				, 
					"name": "since",
					"type": 12,
					"value": "2014"
				]
			],
			"tableName": "product"
		,
		"sqlType": "UPDATE"
	],
	"xid": "xid:xxx"

6、提交前，向 TC 注册分支：申请 product 表中，主键值等于 1 的记录的 全局锁 。

7、本地事务提交：业务数据的更新和前面步骤中生成的 UNDO LOG 一并提交。

8、将本地事务提交的结果上报给 TC。

二阶段

回滚

1、收到 TC 的分支回滚请求，开启一个本地事务，执行如下操作。

2、通过 XID 和 Branch ID 查找到相应的 UNDO LOG 记录。

3、数据校验：拿 UNDO LOG 中的后镜与当前数据进行比较，如果有不同，说明数据被当前全局事务之外的动作做了修改。这种情况，需要根据配置策略来做处理，详细的说明在另外的文档中介绍。

4、根据 UNDO LOG 中的前镜像和业务 SQL 的相关信息生成并执行回滚的语句：

update product set name = 'TXC' where id = 1;

5、提交本地事务。并把本地事务的执行结果（即分支事务回滚的结果）上报给 TC。

提交

1、收到 TC 的分支提交请求，把请求放入一个异步任务的队列中，马上返回提交成功的结果给 TC。

2、异步任务阶段的分支提交请求将异步和批量地删除相应 UNDO LOG 记录。

回滚日志表如下：

CREATE TABLE `undo_log` (
  `id` bigint(20) NOT NULL AUTO_INCREMENT,
  `branch_id` bigint(20) NOT NULL,
  `xid` varchar(100) NOT NULL,
  `context` varchar(128) NOT NULL,
  `rollback_info` longblob NOT NULL,
  `log_status` int(11) NOT NULL,
  `log_created` datetime NOT NULL,
  `log_modified` datetime NOT NULL,
  PRIMARY KEY (`id`),
  UNIQUE KEY `ux_undo_log` (`xid`,`branch_id`)
) ENGINE=InnoDB AUTO_INCREMENT=1 DEFAULT CHARSET=utf8;

写隔离

一阶段本地事务提交之前，需要确保先拿到全局锁，这样才能提交本地事务。

尝试获取全局锁如果超时，则放弃尝试，然后回滚本地事务并释放本地锁。

两个全局事务 tx1 和 tx2，分别对 a 表的 m 字段进行更新操作，m 的初始值 1000。tx1 先开始，开启本地事务，拿到本地锁，更新操作 m = 1000 - 100 = 900。本地事务提交前，先拿到该记录的 全局锁 ，本地提交释放本地锁。 tx2 后开始，开启本地事务，拿到本地锁，更新操作 m = 900 - 100 = 800。本地事务提交前，尝试拿该记录的 全局锁 ，tx1 全局提交前，该记录的全局锁被 tx1 持有，tx2 需要重试等待 全局锁 。

tx1 二阶段全局提交，释放 全局锁 。tx2 拿到 全局锁 提交本地事务。

如果 tx1 的二阶段全局回滚，则 tx1 需要重新获取该数据的本地锁，进行反向补偿的更新操作，实现分支的回滚。此时，如果 tx2 仍在等待该数据的 全局锁，同时持有本地锁，则 tx1 的分支回滚会失败。分支的回滚会一直重试，直到 tx2 的 全局锁 等锁超时，放弃 全局锁 并回滚本地事务释放本地锁，tx1 的分支回滚最终成功。

因为整个过程 全局锁 在 tx1 结束前一直是被 tx1 持有的，所以不会发生 脏写 的问题。

读隔离

在数据库本地事务隔离级别 读已提交（Read Committed） 或以上的基础上，Seata（AT 模式）的默认全局隔离级别是 读未提交（Read Uncommitted） 。

SELECT FOR UPDATE 语句的执行会申请 全局锁 ，如果 全局锁 被其他事务持有，则释放本地锁（回滚 SELECT FOR UPDATE 语句的本地执行）并重试。这个过程中，查询是被 block 住的，直到 全局锁 拿到，即读取的相关数据是 已提交 的，才返回。

出于总体性能上的考虑，Seata 目前的方案并没有对所有 SELECT 语句都进行代理，仅针对 FOR UPDATE 的 SELECT 语句。

使用

假设 Bussiness 服务调用 Stock 服务和 Order 服务。

1、配置 Bussiness 服务。

• 配置 GlobalTransactionScanner 的applicationId 和 txServiceGroup（事务分组）。

• 使用 @GlobalTransactional 注解

• 可以使用 RootContext.getXID() 方法获取到 XID

• 按需修改 file.conf、registry.conf 文件的内容

@Configuration
public class SeataAutoConfig 

    @Bean
    public GlobalTransactionScanner globalTransactionScanner() 
      	// 指定 applicationId、txServiceGroup
        return new GlobalTransactionScanner("dubbo-gts-seata-example", "my_test_tx_group");
    

@Service
public class BusinessServiceImpl implements BusinessService 

    @Reference(version = "1.0.0")
    private StockDubboService stockDubboService;

    @Reference(version = "1.0.0")
    private OrderDubboService orderDubboService;

    private boolean flag;

    @Override
    @GlobalTransactional(timeoutMills = 300000, name = "dubbo-gts-seata-example")
    public ObjectResponse handleBusiness(BusinessDTO businessDTO) 
        System.out.println("开始全局事务，XID = " + RootContext.getXID());
        ObjectResponse<Object> objectResponse = new ObjectResponse<>();
        //1、扣减库存
        CommodityDTO commodityDTO = new CommodityDTO();
        commodityDTO.setCommodityCode(businessDTO.getCommodityCode());
        commodityDTO.setCount(businessDTO.getCount());
        ObjectResponse stockResponse = stockDubboService.decreaseStock(commodityDTO);
        //2、创建订单
        OrderDTO orderDTO = new OrderDTO();
        orderDTO.setUserId(businessDTO.getUserId());
        orderDTO.setCommodityCode(businessDTO.getCommodityCode());
        orderDTO.setOrderCount(businessDTO.getCount());
        orderDTO.setOrderAmount(businessDTO.getAmount());
        ObjectResponse<OrderDTO> response = orderDubboService.createOrder(orderDTO);

        //打开注释测试事务发生异常后，全局回滚功能
        //  if (!flag) 
        //      throw new RuntimeException("测试抛异常后，分布式事务回滚！");
        //  

        if (stockResponse.getStatus() != 200 || response.getStatus() != 200) 
            throw new DefaultException(RspStatusEnum.FAIL);
        

        objectResponse.setStatus(RspStatusEnum.SUCCESS.getCode());
        objectResponse.setMessage(RspStatusEnum.SUCCESS.getMessage());
        objectResponse.setData(response.getData());
        return objectResponse;
    

2、 配置 Stock 服务。

• 配置 DataSource、DataSourceProxy、SqlSessionFactory、GlobalTransactionScanner
• 可以使用 RootContext.getXID() 方法获取到 XID
• 按需修改 file.conf、registry.conf 文件的内容
• 对应数据库配置 UNDO_LOG 表

@Configuration
public class SeataAutoConfig 

    @Autowired
    private DataSourceProperties dataSourceProperties;

    @Bean
    @Primary
    public DruidDataSource druidDataSource() 
        DruidDataSource druidDataSource = new DruidDataSource();
        druidDataSource.setUrl(dataSourceProperties.getUrl());
        druidDataSource.setUsername(dataSourceProperties.getUsername());
        druidDataSource.setPassword(dataSourceProperties.getPassword());
        druidDataSource.setDriverClassName(dataSourceProperties.getDriverClassName());
        druidDataSource.setInitialSize(0);
        druidDataSource.setMaxActive(180);
        druidDataSource.setMaxWait(60000);
        druidDataSource.setMinIdle(0);
        druidDataSource.setValidationQuery("Select 1 from DUAL");
        druidDataSource.setTestOnBorrow(false);
        druidDataSource.setTestOnReturn(false);
        druidDataSource.setTestWhileIdle(true);
        druidDataSource.setTimeBetweenEvictionRunsMillis(60000);
        druidDataSource.setMinEvictableIdleTimeMillis(25200000);
        druidDataSource.setRemoveAbandoned(true);
        druidDataSource.setRemoveAbandonedTimeout(1800);
        druidDataSource.setLogAbandoned(true);
        return druidDataSource;
    

    @Bean
    public DataSourceProxy dataSourceProxy(DruidDataSource druidDataSource) 
        return new DataSourceProxy(druidDataSource);
    

    @Bean
    public SqlSessionFactory sqlSessionFactory(DataSourceProxy dataSourceProxy) throws Exception 
        SqlSessionFactoryBean factoryBean = new SqlSessionFactoryBean();
        factoryBean.setDataSource(dataSourceProxy);
        factoryBean.setMapperLocations(
            new PathMatchingResourcePatternResolver().getResources("classpath*:/mapper/*.xml"));
        factoryBean.setTransactionFactory(new JdbcTransactionFactory());
        return factoryBean.getObject();
    

    @Bean
    public GlobalTransactionScanner globalTransactionScanner() 
        return new GlobalTransactionScanner("stock-gts-seata-example", "my_test_tx_group");
    

3、配置 Order 服务

• 配置 DataSource、DataSourceProxy、SqlSessionFactory、GlobalTransactionScanner
• 可以使用 RootContext.getXID() 方法获取到 XID
• 按需修改 file.conf、registry.conf 文件的内容
• 对应数据库配置 UNDO_LOG 表

@Configuration
public class SeataAutoConfig 

    @Autowired
    private DataSourceProperties dataSourceProperties;

    @Bean
    @Primary
    public DruidDataSource druidDataSource() 
        DruidDataSource druidDataSource = new DruidDataSource();
        druidDataSource.setUrl(dataSourceProperties.getUrl());
        druidDataSource.setUsername(dataSourceProperties.getUsername());
        druidDataSource.setPassword(dataSourceProperties.getPassword());
        druidDataSource.setDriverClassName(dataSourceProperties.getDriverClassName());
        druidDataSource.setInitialSize(0);
        druidDataSource.setMaxActive(180);
        druidDataSource.setMaxWait(60000);
        druidDataSource.setMinIdle(0);
        druidDataSource.setValidationQuery("Select 1 from DUAL");
        druidDataSource.setTestOnBorrow(false);
        druidDataSource.setTestOnReturn(false);
        druidDataSource.setTestWhileIdle(true);
        druidDataSource.setTimeBetweenEvictionRunsMillis(60000);
        druidDataSource.setMinEvictableIdleTimeMillis(25200000);
        druidDataSource.setRemoveAbandoned(true);
        druidDataSource.setRemoveAbandonedTimeout(1800);
        druidDataSource.setLogAbandoned(true);
        return druidDataSource;
    

    @Bean
    public DataSourceProxy dataSourceProxy(DruidDataSource druidDataSource) 
        return new DataSourceProxy(druidDataSource);
    

    @Bean
    public SqlSessionFactory sqlSessionFactory(DataSourceProxy dataSourceProxy) throws Exception 
        SqlSessionFactoryBean factoryBean = new SqlSessionFactoryBean();
        factoryBean.setDataSource(dataSourceProxy);
        factoryBean.setMapperLocations(
            new PathMatchingResourcePatternResolver().getResources("classpath*:/mapper/*.xml"));
        factoryBean.setTransactionFactory(new JdbcTransactionFactory());
        return factoryBean.getObject();
    

    @Bean
    public GlobalTransactionScanner globalTransactionScanner() 
        return new GlobalTransactionScanner("order-gts-seata-example", "my_test_tx_group");