醉鱼

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2023/04/11阅读:22主题:自定义主题1

ChatGPT:分布式事务解决方案

随着互联网的发展和技术的不断更新,越来越多的应用程序开始采用分布式架构。然而,由于数据和处理逻辑的分散性和异构性,分布式环境下的事务处理面临着许多挑战。这时候就需要采用分布式事务来确保系统的一致性和可靠性。

分布式事务是指在分布式系统中,涉及多个节点的事务操作。它需要保证所有节点的数据能够实现一致性,同时在执行过程中出现任何错误时能够回滚操作。发起事务的客户端发出提交请求后,分布式事务处理器会协调各个节点的参与者,保证所有操作的一致性。

在分布式事务的研究中,存在多种不同的实现方法。其中,基于两阶段提交(two-phase commit,2PC)的方案是最常见的一种。2PC协议分为投票和决策两个阶段。在投票阶段,协调者会向参与者发送请求确认是否可以提交事务,参与者会投票返回是否同意;在决策阶段,协调者会根据参与者的投票结果做出提交或回滚的决策。

然而,2PC协议存在着一些缺点。首先,协议的确定性使得事务处理器需要等待所有参与者的响应。这会导致系统的响应时间变长,限制了系统的可扩展性。其次,在协调者宕机或网络故障的情况下,参与者将无法得到回滚或提交的消息,从而导致事务无法完成。此外,2PC协议在处理故障时需要冗余的措施和容错设计,增加了系统复杂性和成本。

因此,近年来一些新的分布式事务协议被提出来,试图解决2PC协议的缺点。其中,基于拜占庭容错(Byzantine fault tolerance,BFT)的算法成为了一个热门的选项。BFT算法能够保证在部分节点故障时也能达到一致性,从而提高了系统的可用性。

总的来说,分布式事务是分布式系统中保证数据一致性的关键技术。传统的基于2PC协议实现的分布式事务因为存在局限性,而一些基于BFT等容错算法的新型协议也开始逐渐得到关注。随着技术的不断发展,分布式事务的研究也将不断提升,为分布式系统的稳定性和可靠性提供更好的解决方案。

在分布式事务的实现方案中,除了基于2PC协议和BFT算法的方案外,还有以下几种:

1、补偿事务(Compensating Transaction)

补偿事务是一种针对分布式事务的回滚方式。在补偿事务中,先执行一个与正常操作相反的操作进行“回滚”,再进行“补偿”操作。补偿操作可以在正常操作失败或者回滚操作成功之后立即开始执行,而无需等待所有参与者的操作完成。补偿事务的缺点是需要实现补偿机制,增加了系统复杂度,而且在复杂交叉流程中补偿机制的实现更加困难。

举例来说,支付宝在进行订单支付的过程中,就采用了补偿事务的方式。如果支付成功但是下单失败,支付宝会立即发起退款,进行补偿操作。

2、TCC补偿(Try-Confirm-Cancel Compensate)

TCC补偿模式是一种把整个操作分为三个步骤的事务模式:预留资源、确认操作、回滚操作。在分布式环境下,可以通过分别实现“try”、“confirm”和“cancel”的三个阶段来实现分布式事务的控制。在TCC补偿的过程中,不管是否执行完全部操作,都需要进行回滚。

TCC补偿式序列性执行,可靠性高,但是由于需要在每个阶段都进行资源预留,大量的操作可能导致资源浪费和性能瓶颈。

举例来说,国内购物网站苏宁易购在订单预定、付款、发货等流程中,采用了TCC模式。

3、三阶段提交(Three-Phase Commit,3PC)

相较于两阶段提交,三阶段提交是一种更加可靠的事务处理,可以解决2PC协议的一些缺点。3PC协议由预备阶段、指令阶段和提交阶段组成。在预备阶段,协调者向参与者发送请求并等待响应;在指令阶段,协调着会发送提交或回滚命令,参与者也会等待接收响应;在提交阶段,协调者等待所有参与者提交或回滚后再进行操作。

三阶段提交的优点是提高了系统的可靠性和效率,因为其只有在所有参与者都可以提交或回滚时才进行处理。但是,其缺点是依然存在局限性,无法完全解决分布式 system 的问题。

举例来说,英国航空公司在票务系统中就采用了3PC来处理票务的预定、支付、发车等流程。

4、XA:

XA是两阶段提交(2PC)协议的具体实现之一。XA协议将分布式事务分为两个阶段:准备阶段和提交阶段。在准备阶段,每个参与事务的节点(包括协调者和参与者)会回复一个yes或者no信号以表明他们是否准备就绪。在准备阶段结束后,协调者根据参与者的响应进行决策,发送提交或回滚消息。XA协议通过2PC协议来协调在分布式环境下数据的一致性。XA协议虽然可靠,但是由于其需要进行两个阶段的响应等待,从而导致事务处理时延较大。

5、Seata是一种开源的跨多个服务或实例的分布式事务解决方案,目的是为了解决微服务架构中面临的分布式事务问题。Seata为处理全局事务提供了三种模式:AT模式、TCC模式和Saga模式。

5.1、AT模式:

Seata的AT模式是基于两阶段型(2PC)的分布式事务解决方案,Seata AT模式通过在数据源处插入undo_log来弥补事务管理器的局部提交和反悔操作解决全局事务的原子性问题。

5.2、TCC模式:

Seata的TCC模式是基于Try-Confirm-Cancel的分布式事务解决方案,它通过回滚与重试操作解决了全局事务的原子性问题。TCC是指在分布式事务的三个阶段中,由业务自己编写对应的Try、Confirm、Cancel操作来保证全局事务的原子性。

5.3、SAGA模式:

Seata的Saga模式则是基于局部补偿机制的分布式事务解决方案,通过每个服务具体实现自己的补偿来保证全局事务的完整性。Saga由多个补偿事务(high water mark)组成,一旦某个补偿事务执行失败就只回滚其前面成功的事务。

总的来说,Seata提供了可靠、高效的分布式事务场景解决方案,尤其是在复杂的微服务架构中,Seata可以高效地管理全局事务,使得分布式业务在长期运行中保持数据的一致性和完整性。

6、半消息事务

分布式事务半消息事务是一种在分布式系统中,确保消息可靠性和事务性的解决方案。它将分布式事务和消息队列相结合,通过两阶段提交协议来实现消息可靠性和事务性。

具体来说,分布式半消息事务包括两个阶段:

6.1、阶段一

在分布式事务的发起方将分布式事务的开始事件以半消息的形式发送到消息队列中。半消息在发送后,并不立即被消费,因为此时事务并没有提交,只有经过二次确认后,才会由消息队列消费和处理。

6.2、阶段二

当分布式事务的参与方将事务状态提交时,消息队列正式消费前一步发送的半消息,进行业务处理。如果事务的提交成功,消息就被确认消费,否则消息就被回滚。这就是消息的二次确认机制。

下面举一个购物系统的例子来说明分布式半消息事务的使用。当用户购物时,需要进行扣款和库存更新操作,这两个操作需要在同一个事务中进行,确保扣款和更新同时成功或同时失败。

  1. 在购物系统中,用户下单后产生一个订单,产生相应的支付请求,将支付请求以半消息的形式发送到消息队列中。
  2. 如果支付请求发送成功,则执行本地数据库操作,将扣款和库存更新操作放在同一个本地事务中。
  3. 当所有的本地事务都执行成功后,将对应的支付请求标记为已经确认,此时消息队列正式消费前一步的半消息,执行扣款和库存更新操作。
  4. 如果确认失败,则回滚本次扣款和库存更新操作,支付请求也被标记为已经回滚。

通过这种方式,可以在保证扣款和库存更新在一个事务中的情况下,确保消息的可靠性和事务性,避免了消息和数据库数据不一致的问题。

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