完整的 HTTP 请求所经历的步骤及分布式事务解决方案

news2024/7/4 4:31:54

1. 对分布式事务的了解
分布式事务是企业集成中的一个技术难点,也是每一个分布式系统架构中都会涉及到的一个东西, 特别是在微服务架构中,几乎可以说是无法避免。

首先要搞清楚:ACID、CAP、BASE理论。

ACID
指数据库事务正确执行的四个基本要素:
1.原子性(Atomicity)
2.一致性(Consistency)
3.隔离性(Isolation)
4.持久性(Durability)

CAP
CAP原则又称CAP定理,指的是在一个分布式系统中,一致性(Consistency)、可用性(Availability)、分区容忍性(Partition tolerance)。
CAP 原则指的是,这三个要素最多只能同时实现两点,不可能三者兼顾。

一致性: 在分布式系统中的所有数据备份,在同一时刻是否同样的值。
可用性: 在集群中一部分节点故障后,集群整体是否还能响应客户端的读写请求。
分区容忍性: 以实际效果而言,分区相当于对通信的时限要求。系统如果不能在时限内达成数 据一致性,就意味着发生了分区的情况,必须就当前操作在C和A之间做出选择。

BASE理论
BASE理论是对CAP中的一致性和可用性进行一个权衡的结果,理论的核心思想就是:我们无法做到强一致,但每个应用都可以根据自身的业务特点,采用适当的方式来使系统达到最终一致性。
1.Basically Available(基本可用)
2.Soft state(软状态)
3.Eventually consistent(最终一致性)

2.简单一次完整的 HTTP 请求所经历的步骤
1、 DNS 解析(通过访问的域名找出其 IP 地址,递归搜索)。
2、HTTP 请求,当输入一个请求时,建立一个 Socket 连接发起 TCP的 3 次握手。如果是 HTTPS 请求,会略微有不同。。
3.1、客户端向服务器发送请求命令(一般是 GET 或 POST 请求)。
客户端的网络层不用关心应用层或者传输层的东西,主要做的是通过查找路由表确定如何到达服务器,期间可能经过多个路由器,这些都是由路由器来完成的工作,我不作过多的描述,无非就是通过查找路由表决定通过那个路径到达服务器。
客户端的链路层,包通过链路层发送到路由器,通过邻居协议查找给定 IP 地址的 MAC 地址,然后发送 ARP 请求查找目的地址,如果得到回应后就可以使用 ARP 的请求应答交换的 IP 数据包现在就可以传输了,然后发送 IP 数据包到达服务器的地址。
3.2、客户端发送请求头信息和数据。
4.1、服务器发送应答头信息。
4.2、服务器向客户端发送数据。
5、服务器关闭 TCP 连接(4次挥手)。
这里是否关闭 TCP 连接,也根据 HTTP Keep-Alive 机制有关。同时,客户端也可以主动发起关闭 TCP 连接。
6、客户端根据返回的 HTML 、 CSS 、 JS 进行渲染。
在这里插入图片描述

3.分布式事务解决方案
1.两阶段提交(2PC)
2.三阶段提交(3PC)
3.补偿事务(TCC=Try-Confirm-Cancel)
4.本地消息队列表(MQ)
5.Sagas事务模型(最终一致性)

4.什么是二阶段提交
两阶段提交2PC是分布式事务中最强大的事务类型之一,两段提交就是分两个阶段提交:
第一阶段询问各个事务数据源是否准备好。
第二阶段才真正将数据提交给事务数据源。

为了保证该事务可以满足ACID,就要引入一个协调者(Cooradinator)。其他的节点被称为参与者(Participant)。协调者负责调度参与者的行为,并最终决定这些参与者是否要把事务进行提交。
处理流程如下:
在这里插入图片描述
阶段一
a) 协调者向所有参与者发送事务内容,询问是否可以提交事务,并等待答复。
b) 各参与者执行事务操作,将 undo 和 redo 信息记入事务日志中(但不提交事务)。
c) 如参与者执行成功,给协调者反馈 yes,否则反馈 no。
阶段二
如果协调者收到了参与者的失败消息或者超时,直接给每个参与者发送回滚(rollback)消息;否则, 发送提交(commit)消息。两种情况处理如下:
情况1: 当所有参与者均反馈 yes,提交事务
a) 协调者向所有参与者发出正式提交事务的请求(即 commit 请求)。
b) 参与者执行 commit 请求,并释放整个事务期间占用的资源。
c) 各参与者向协调者反馈 ack(应答)完成的消息。
d) 协调者收到所有参与者反馈的 ack 消息后,即完成事务提交。
情况2: 当有一个参与者反馈 no,回滚事务
a) 协调者向所有参与者发出回滚请求(即 rollback 请求)。
b) 参与者使用阶段 1 中的 undo 信息执行回滚操作,并释放整个事务期间占用的资源。
c) 各参与者向协调者反馈 ack 完成的消息。
d) 协调者收到所有参与者反馈的 ack 消息后,即完成事务。

问题
1)性能问题: 所有参与者在事务提交阶段处于同步阻塞状态,占用系统资源,容易导致性能瓶颈。
2)可靠性问题: 如果协调者存在单点故障问题,或出现故障,提供者将一直处于锁定状态。
3)数据一致性问题: 在阶段 2 中,如果出现协调者和参与者都挂了的情况,有可能导致数据不一致。
优点: 尽量保证了数据的强一致,适合对数据强一致要求很高的关键领域。(其实也不能100%保证 强一致)。
缺点: 实现复杂,牺牲了可用性,对性能影响较大,不适合高并发高性能场景。

5.什么是三阶段提交?
三阶段提交是在二阶段提交上的改进版本,3PC最关键要解决的就是协调者和参与者同时挂掉的问题,所以3PC把2PC的准备阶段再次一分为二,这样三阶段提交。
处理流程如下 :
在这里插入图片描述
阶段一
a) 协调者向所有参与者发出包含事务内容的 canCommit 请求,询问是否可以提交事务,并等待所有参与者答复。
b) 参与者收到 canCommit 请求后,如果认为可以执行事务操作,则反馈 yes 并进入预备状态,否则反馈 no。

阶段二
协调者根据参与者响应情况,有以下两种可能。
情况1: 所有参与者均反馈 yes,协调者预执行事务
a) 协调者向所有参与者发出 preCommit 请求,进入准备阶段。
b) 参与者收到 preCommit 请求后,执行事务操作,将 undo 和 redo 信息记入事务日志中(但不提交事务)。
c) 各参与者向协调者反馈 ack 响应或 no 响应,并等待最终指令。
情况2: 只要有一个参与者反馈 no,或者等待超时后协调者尚无法收到所有提供者的反馈,即中断事务。
a) 协调者向所有参与者发出 abort 请求。
b) 无论收到协调者发出的 abort 请求,或者在等待协调者请求过程中出现超时,参与者均会中断事务。

阶段三
该阶段进行真正的事务提交,也可以分为以下两种情况。
情况 1: 所有参与者均反馈 ack 响应,执行真正的事务提交。
a) 如果协调者处于工作状态,则向所有参与者发出 do Commit 请求。
b) 参与者收到 do Commit 请求后,会正式执行事务提交,并释放整个事务期间占用的资源。
c) 各参与者向协调者反馈 ack 完成的消息。
d) 协调者收到所有参与者反馈的 ack 消息后,即完成事务提交。
情况2: 只要有一个参与者反馈 no,或者等待超时后协调组尚无法收到所有提供者的反馈,即回滚事务。
a) 如果协调者处于工作状态,向所有参与者发出 rollback 请求。
b) 参与者使用阶段 1 中的 undo 信息执行回滚操作,并释放整个事务期间占用的资源。
c) 各参与者向协调组反馈 ack 完成的消息。
d) 协调组收到所有参与者反馈的 ack 消息后,即完成事务回滚。
优点: 相比二阶段提交,三阶段提交降低了阻塞范围,在等待超时后协调者或参与者会中断事务。 避免了协调者单点问题。阶段 3 中协调者出现问题时,参与者会继续提交事务。
缺点: 数据不一致问题依然存在,当在参与者收到 preCommit 请求后等待 do commite 指令时, 此时如果协调者请求中断事务,而协调者无法与参与者正常通信,会导致参与者继续提交事务,造成数据不一致。

6.什么是补偿事务?
TCC (Try Confirm Cancel) 是服务化的二阶段编程模型,采用的补偿机制:
在这里插入图片描述
TCC 其实就是采用的补偿机制,其核心思想是:针对每个操作,都要注册一个与其对应的确认和补偿(撤销)操作。
它分为三个步骤:
一、 Try 阶段主要是对业务系统做检测及资源预留。
二、 Confirm 阶段主要是对业务系统做确认提交,Try阶段执行成功并开始执行 Confirm阶段时,默认 Confirm阶段是不会出错的。即:只要Try成功,Confirm一定成功。
三、 Cancel 阶段主要是在业务执行错误,需要回滚的状态下执行的业务取消,预留资源释放。

举个例子,假入 要向 老王 转账,思路大概是: 我们有一个本地方法,里面依次调用步骤:
1、 首先在 Try 阶段,要先调用远程接口把 老王 的钱给冻结起来。
2、 在 Confirm 阶段,执行远程调用的转账的操作,转账成功进行解冻。
3、 如果第2步执行成功,那么转账成功,如果第二步执行失败,则调用远程冻结接口对应的解冻方法 (Cancel)。
优点:
性能提升: 具体业务来实现控制资源锁的粒度变小,不会锁定整个资源。
数据最终一致性: 基于 Confirm 和 Cancel 的幂等性,保证事务最终完成确认或者取消,保证数据的一致性。
可靠性: 解决了 XA 协议的协调者单点故障问题,由主业务方发起并控制整个业务活动,业务活动管理器也变成多点,引入集群。
缺点:
TCC 的 Try、Confirm 和 Cancel 操作功能要按具体业务来实现,业务耦合度较高,提高了开发成本。

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