分布式事务的2PC3PC和TCC

Posted 2020-11-21 ybxxszl

1、2PC协议

　　2PC 是二阶段提交（Two-phase Commit）的缩写，顾名思义，这个协议分两阶段完成。第一个阶段是准备阶段，第二个阶段是提交阶段，准备阶段和提交阶段都是由事务管理器（协调者）发起的，协调的对象是资源管理器（参与者）。二阶段提交协议的概念来自 X/Open 组织提出的分布式事务的规范 XA 协议，协议主要定义了（全局）事务管理器和（局部）资源管理器之间的接口。XA 接口是双向的系统接口，在事务管理器以及一个或多个资源管理器之间形成通信桥梁。Java 平台上的事务规范 JTA（Java Transaction API）提供了对 XA 事务的支持，它要求所有需要被分布式事务管理的资源（由不同厂商实现）都必须实现规定接口（XAResource 中的 prepare、commit 和 rollback 等）。

　　两阶段如下：

①准备阶段

　　协调者向参与者发起指令，参与者评估自己的状态，如果参与者评估指令可以完成，参与者会写 redo 和 undo 日志，然后锁定资源，执行操作，但是并不提交。

②提交阶段

　　如果每个参与者明确返回准备成功，也就是预留资源和执行操作成功，协调者向参与者发起提交指令，参与者提交资源变更的事务，释放锁定的资源；如果任何一个参与者明确返回准备失败，也就是预留资源或者执行操作失败，协调者向参与者发起中止指令，参与者取消已经变更的事务，执行 undo 日志，释放锁定的资源。

　　我们看到两阶段提交协议在准备阶段锁定资源，是一个重量级的操作，并能保证强一致性，但是实现起来复杂、成本较高，不够灵活，更重要的是它有如下致命的问题：

阻塞

　　对于任何一次指令必须收到明确的响应，才会继续做下一步，否则处于阻塞状态，占用的资源被一直锁定，不会被释放。

脑裂

　　协调者发送提交指令，有的参与者接收到执行了事务，有的参与者没有接收到事务，就没有执行事务，多个参与者之间是不一致的。

单点故障

　　如果协调者宕机，参与者没有了协调者指挥，会一直阻塞，尽管可以通过选举新的协调者替代原有协调者，但是如果之前协调者在发送一个提交指令后宕机，而提交指令仅仅被一个参与者接受，并且参与者接收后也宕机，新上任的协调者无法处理这种情况。

2、3PC协议

　　三阶段提交协议（3PC 协议）是两阶段提交协议的改进版本。它通过超时机制解决了阻塞的问题，避免了资源被无限锁定的情况。但也增加了系统的复杂度，增加了参与者和协调者之间的通信次数。并且把两个阶段增加为三个阶段：

①询问阶段

　　协调者询问参与者是否可以完成指令，协调者只需要回答是还是不是，而不需要做真正的操作，这个阶段参与者在等待超时后会自动中止。

②准备阶段

　　如果在询问阶段所有的参与者都返回可以执行操作，协调者向参与者发送预执行请求，然后参与者写 redo 和 undo 日志，锁定资源，执行操作，但是不提交操作；如果在询问阶段任何参与者返回不能执行操作的结果，则协调者向参与者发送中止请求，这里的逻辑与两阶段提交协议的的准备阶段是相似的，这个阶段参与者在等待超时后会自动提交。

③提交阶段

　　如果每个参与者在准备阶段返回准备成功，也就是预留资源和执行操作成功，协调者向参与者发起提交指令，参与者提交资源变更的事务，释放锁定的资源；如果任何一个参与者返回准备失败，也就是预留资源或者执行操作失败，协调者向参与者发起中止指令，参与者取消已经变更的事务，执行 undo 日志，释放锁定的资源，这里的逻辑与两阶段提交协议的提交阶段一致。

　　这里与两阶段提交协议有两个主要的不同：

增加询问阶段

　　确保尽可能早的发现无法执行操作而需要中止的行为，但是它并不能发现所有的这种行为，只会减少这种情况的发生。

等待超时处理

　　如果在询问阶段等待超时，则自动中止；如果在准备阶段之后等待超时，则自动提交。这也是根据概率统计上的正确性最大。

3、TCC协议

　　TCC 协议将事务的提交过程分为 try-confirm-cancel (实际上 TCC 就是 try、confirm、cancel 的简称) 三个阶段：

try

　　完成业务检查、预留业务资源

confirm

　　使用预留的资源执行业务操作（需要保证幂等性）

cancel

　　取消执行业务操作，释放预留的资源（需要保证幂等性）

　　流程如下：

　　①事务发起方向事务协调器发起事务请求，事务协调器调用所有事务参与者的 try 方法完成资源的预留，这时候并没有真正执行业务，而是为后面具体要执行的业务预留资源，这里完成了一阶段。

　　②如果事务协调器发现有参与者的 try 方法预留资源时候发现资源不够，则调用参与方的 cancel 方法回滚预留的资源，需要注意 cancel 方法需要实现业务幂等，因为有可能调用失败（比如网络原因参与者接受到了请求，但是由于网络原因事务协调器没有接受到回执）会重试。

　　③如果事务协调器发现所有参与者的 try 方法返回都 OK，则事务协调器调用所有参与者的 confirm 方法，不做资源检查，直接进行具体的业务操作。

　　④如果协调器发现所有参与者的 confirm 方法都 OK 了，则分布式事务结束。

　　⑤如果协调器发现有些参与者的 confirm 方法失败了，或者由于网络原因没有收到回执，则协调器会进行重试。如果重试一定次数后还是失败，则进行事务补偿。

原文链接：分布式事务——2PC、3PC 和 TCC