分布式事务最终一致性常用方案

Posted 2020-09-27 左正

目前的应用系统，不管是企业级应用还是互联网应用，最终数据的一致性是每个应用系统都要面临的问题，随着分布式的逐渐普及，数据一致性更加艰难，但是也很难有银弹的解决方案，也并不是引入特定的中间件或者特定的开源框架能够解决的，更多的还是看业务场景，根据场景来给出解决方案。根据笔者最近几年的了解，总结了几个点，更多的应用系统在编码的时候，更加关注数据的一致性，这样系统才是健壮的。

一、基础理论

   目前关于事务的几大理论包括：ACID事务特性，CAP分布式理论，以及BASE等。ACID在数据库事务中体现，CAP和BASE则是分布式事务的理论，结合业务系统，例如订单管理，例如仓储管理等，可以借鉴这些理论，从而解决问题。

1、ACID 特性

2、CAP特性

• C（一致性）一致性是指数据的原子性，在经典的数据库中通过事务来保障，事务完成时，无论成功或回滚，数据都会处于一致的状态，在分布式环境下，一致性是指多个节点数据是否一致；
• A（可用性）服务一直保持可用的状态，当用户发出一个请求，服务能在一定的时间内返回结果；
• P（分区容忍性）在分布式应用中，可能因为一些分布式的原因导致系统无法运转，好的分区容忍性，使应用虽然是一个分布式系统，但是好像一个可以正常运转的整体

3、BASE特性

• BA: Basic Availability 基本业务可用性；
• S: Soft state 柔性状态；
• E: Eventual consistency 最终一致性；

二、最终一致性的常用做法

1、单数据库事务

      如果应用系统是单一的数据库，那么这个很好保证，利用数据库的事务特性来满足事务的一致性，这时候的一致性是强一致性的。对于java应用系统来讲，很少直接通过事务的start和commit以及rollback来硬编码，大多通过spring的事务模板或者声明式事务来保证；

2、多数据库事务

     针对多数据库事务可以根据二阶段提交协议，采用spring 3.0 + Atomikos + JTA进行支持；

3、基于事务型消息队列的最终一致性

     借助消息队列，在处理业务逻辑的地方发送消息，业务逻辑处理成功后，提交消息，确保消息是发送成功的，之后消息队列投递来进行处理，如果成功，则结束，如果没有成功，则重试，直到成功，不过仅仅适用业务逻辑中，第一阶段成功，第二阶段必须成功的场景。对应上图中的C流程。

4、基于消息队列+定时补偿机制的最终一致性

     前面部分和上面基于事务型消息的队列，不同的是，第二阶段重试的地方，不再是消息中间件自身的重试逻辑了，而是单独的补偿任务机制。其实在大多数的逻辑中，第二阶段失败的概率比较小，所以单独独立补偿任务表出来，可以更加清晰，能够比较明确的直到当前多少任务是失败的。对应上图的E流程。

5、异步回调机制的引入

     A应用调用B，在同步调用的返回结果中，B返回成功给到A，一般情况下，这时候就结束了，其实在99.99%的情况是没问题的，但是有时候为了确保100%，记住最起码在系统设计中100%，这时候B系统再回调A一下，告诉A，你调用我的逻辑，确实成功了。其实这个逻辑，非常类似TCP协议中的三次握手。上图中的B流程。

6、类似double check机制的确认机制

    还是上图中异步回调的过程，A在同步调用B，B返回成功了。这次调用结束了，但是A为了确保，在过一段时间，这个时间可以是几秒，也可以是每天定时处理，再调用B一次，查询一下之前的那次调用是否成功。例如A调用B更新订单状态，这时候成功了，延迟几秒后，A查询B，确认一下状态是否是自己刚刚期望的。上图中的D流程。

三、分布式事务的缺点

1、二阶段提交协议缺点

    两阶段提交涉及到多个节点的网络通信,通信时间如果过长,事务的相对时间也就会过长,那么锁定资源的时间也就长了.在高并发的服务中,就会存在严重的性能瓶劲

 2、消息队列

   在高并发的环境中，我们一般会采用消息队列来避免分布式事务的执行。

   在使用消息队列时，我们需要做到可靠凭证的保存（分布式事务的消息），有如下几种方式：

   以支付宝和余额宝为例进行说明.

   支付宝完成扣钱的动作时,记录消息数据,将消息数据和业务数据存在同一个数据库实例中.

Begin Transaction
  update A set amount=amount-1000 where uid=100;
  insert into message(uid,amount,status) values (1,1000,1)
End Transaction
Commit;

将支付宝完成扣钱的消息及时发送给余额宝，余额宝完成处理后返回成功消息，支付宝收到消息后，消除消息表中对应的消息记录，即完成本次扣钱操作.

传统方式是，我做完了，发你消息。解决一致性的方案的意思就是，我先发你消息，我做完了再跟你确认我做完了。这是改进后的有事务的消息中间件。

参见：http://coolshell.cn/articles/10910.html