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详解三种主流分布式事务方案的优劣

发布时间:2019-11-04 23:21 所属栏目:[优化] 来源:BlueMiaomiao
导读:一、分布式事务前奏 事务:事务是由一组操作构成的可靠的独立的工作单元,事务具备ACID的特性,即原子性、一致性、隔离性和持久性。 本地事务:当事务由资源管理器本地管理时被称作本地事务。本地事务的优点就是支持严格的ACID特性,高效,可靠,状态可以

详解三种主流分布式事务方案的优劣

 一、分布式事务前奏

  • 事务:事务是由一组操作构成的可靠的独立的工作单元,事务具备ACID的特性,即原子性、一致性、隔离性和持久性。
  • 本地事务:当事务由资源管理器本地管理时被称作本地事务。本地事务的优点就是支持严格的ACID特性,高效,可靠,状态可以只在资源管理器中维护,而且应用编程模型简单。但是本地事务不具备分布式事务的处理能力,隔离的最小单位受限于资源管理器。
  • 全局事务:当事务由全局事务管理器进行全局管理时成为全局事务,事务管理器负责管理全局的事务状态和参与的资源,协同资源的一致提交回滚。
  • TX协议:应用或者应用服务器与事务管理器的接口。
  • XA协议:全局事务管理器与资源管理器的接口。XA是由X/Open组织提出的分布式事务规范。该规范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。主流的数据库产品都实现了XA接口。
  • XA接口是一个双向的系统接口,在事务管理器以及多个资源管理器之间作为通信桥梁。之所以需要XA是因为在分布式系统中从理论上讲两台机器是无法达到一致性状态的,因此引入一个单点进行协调。由全局事务管理器管理和协调的事务可以跨越多个资源和进程。全局事务管理器一般使用XA二阶段协议与数据库进行交互。
  • AP:应用程序,可以理解为使用DTP(Data Tools Platform)的程序。
  • RM:资源管理器,这里可以是一个DBMS或者消息服务器管理系统,应用程序通过资源管理器对资源进行控制,资源必须实现XA定义的接口。资源管理器负责控制和管理实际的资源。
  • TM:事务管理器,负责协调和管理事务,提供给AP编程接口以及管理资源管理器。事务管理器控制着全局事务,管理事务的生命周期,并且协调资源。
  • 两阶段提交协议:XA用于在全局事务中协调多个资源的机制。TM和RM之间采取两阶段提交的方案来解决一致性问题。两节点提交需要一个协调者(TM)来掌控所有参与者(RM)节点的操作结果并且指引这些节点是否需要最终提交。两阶段提交的局限在于协议成本,准备阶段的持久成本,全局事务状态的持久成本,潜在故障点多带来的脆弱性,准备后,提交前的故障引发一系列隔离与恢复难题。
  • BASE理论:BA指的是基本业务可用性,支持分区失败,S表示柔性状态,也就是允许短时间内不同步,E表示最终一致性,数据最终是一致的,但是实时是不一致的。原子性和持久性必须从根本上保障,为了可用性、性能和服务降级的需要,只有降低一致性和隔离性的要求。
  • CAP定理:对于共享数据系统,最多只能同时拥有CAP其中的两个,任意两个都有其适应的场景,真是的业务系统中通常是ACID与CAP的混合体。分布式系统中最重要的是满足业务需求,而不是追求高度抽象,绝对的系统特性。C表示一致性,也就是所有用户看到的数据是一样的。A表示可用性,是指总能找到一个可用的数据副本。P表示分区容错性,能够容忍网络中断等故障。

柔性事务中的服务模式:

1)可查询操作:服务操作具有全局唯一的标识,操作唯一的确定的时间。

2)幂等操作:重复调用多次产生的业务结果与调用一次产生的结果相同。一是通过业务操作实现幂等性,二是系统缓存所有请求与处理的结果,最后是检测到重复请求之后,自动返回之前的处理结果。

3)TCC操作:

  • Try阶段:尝试执行业务,完成所有业务的检查,实现一致性;预留必须的业务资源,实现准隔离性。
  • Confirm阶段:真正的去执行业务,不做任何检查,仅适用Try阶段预留的业务资源,Confirm操作还要满足幂等性;
  • Cancel阶段:取消执行业务,释放Try阶段预留的业务资源,Cancel操作要满足幂等性。

TCC与2PC(两阶段提交)协议的区别:TCC位于业务服务层而不是资源层,TCC没有单独准备阶段,Try操作兼备资源操作与准备的能力,TCC中Try操作可以灵活的选择业务资源,锁定粒度。TCC的开发成本比2PC高。实际上TCC也属于两阶段操作,但是TCC不等同于2PC操作。

4)可补偿操作:

Do阶段:真正的执行业务处理,业务处理结果外部可见;

Compensate阶段:抵消或者部分撤销正向业务操作的业务结果,补偿操作满足幂等性。

约束:补偿操作在业务上可行,由于业务执行结果未隔离或者补偿不完整带来的风险与成本可控。实际上,TCC的Confirm和Cancel操作可以看做是补偿操作。

二、柔性事务解决方案架构

在电商领域等互联网场景下,传统的事务在数据库性能和处理能力上都暴露出了瓶颈。柔性事务有两个特性:基本可用和柔性状态。

所谓基本可用是指分布式系统出现故障的时候允许损失一部分的可用性。柔性状态是指允许系统存在中间状态,这个中间状态不会影响系统整体的可用性,比如数据库读写分离的主从同步延迟等。柔性事务的一致性指的是最终一致性。

基于可靠消息的最终一致性方案

详解三种主流分布式事务方案的优劣

1)实现:业务处理服务在业务事务提交之前,向实时消息服务请求发送消息,实时消息服务只记录消息数据,而不是真正的发送。业务处理服务在业务事务提交之后,向实时消息服务确认发送。只有在得到确认发送指令后,实时消息服务才会真正发送。

2)消息:业务处理服务在业务事务回滚后,向实时消息服务取消发送。消息发送状态确认系统定期找到未确认发送或者回滚发送的消息,向业务处理服务询问消息状态,业务处理服务根据消息ID或者消息内容确认该消息是否有效。被动方的处理结果不会影响主动方的处理结果,被动方的消息处理操作是幂等操作。

3)成本:可靠的消息系统建设成本,一次消息发送需要两次请求,业务处理服务需要实现消息状态回查接口。

4)优点:消息数据独立存储,独立伸缩,降低业务系统和消息系统之间的耦合。对最终一致性时间敏感度较高,降低业务被动方的实现成本。兼容所有实现JMS标准的MQ中间件,确保业务数据可靠的前提下,实现业务的最终一致性,理想状态下是准实时的一致性。

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