事务的原理

1. 什么是事务

事务就是一个包含多个步骤的事情，这些步骤要么都做好，要么都别做。

2. ACID

事务都跟ACID相关，注意这里说的是“相关”，而不是一定都“满足”。全都严格满足，是“刚性事务”，部分满足或一定程度满足，是“柔性事务”。 ACID展开来说是：

A（Atomic）原子性：事务的每一步要么都做好，要么都别做。
C（Consistency）一致性：事务从一个状态变到另一个状态，不能停止在中间状态。比如你只能在家、或在公司，不能停在路上（可以停一段时间，但不能成为你的终态）。
I（Isolation）隔离性：多个事务执行过程中的互相影响的情况。比如你和你同事分别去公司，路上碰见可能聊几句话（脏读、幻读、不可重复读），也可能碰到了装作不认识。
D（Durability）持久性：事务一但成功，就被永久保留下来。比如你到公司了，只要没有其他事情发生：同事来看，你在；老板来看，你也在；老板上午来看，你在；老板晚上10点来看，你也在。

3. CAP

C：一致性
A：可用性
P：分区容错

分布式场景下，P必须满足，否则就是单机系统了。

分布式下，A和C只能满足一个。

CP：追求强一致性，一般像配置中心，是CP模式，如zookeeper、etcd。
AP：最终一致性，追求高可用，BASE，一般像注册中心。

4. BASE

在互联网服务中，一般对可用性要求很高，比如5个9的SLA。在这些场景的分布式事务中，对AP进行了延伸，保障高可用，容忍一定时间的中间状态，只要能最终一致性就可以，这就是BASE。

5. 刚性事务和柔性事务

5.1. 刚性事务

严格满足ACID。

5.2. 柔性事务

A：严格满足
C：部分满足
I：部分满足
D：严格满足

6. XA协议

数据库的一种接口协议，一般是用于数据库事务的。

它所定义的3种角色，在其他分布式事务中也可以参考使用。

AP：应用服务。
TM：事务管理器，有些地方也叫事务协调者。
RM：资源管理器。

7. 分布式事务的方案

7.1. 两阶段提交（2PC）

1阶段prepare：事务参与方开启事务（如数据库做为参与方，这一阶段会开启数据库事务，记录undo、redo信息），但不提交。
2阶段commit：1阶段都准备好的话，这个阶段就提交，否则这个阶段就回滚。

2PC的问题主要是同步阻塞事务时间长。每个RM在第一阶段都要开启事务（就像DB里start了一个事务，但没有commit，就阻塞在这里了，并且每个RM都要等所有其他RM全部开启好事务），在第二阶段才会提交或回滚事务。如果有一个RM开启事务很慢，其他RM就要开启着事务等着它，平白无故在那里等它。

比如有个人在深山老林，网络很差，跟其他人一起协商做个事，其他人要等他半天。

7.2. 三阶段提交（3PC）

1阶段canCommit：RM上不开启事务，只是问问每个RM，能不能行。
2阶段prepare：对应2PC的1阶段。
3阶段commit：对应2PC的2阶段。

3PC对2PC做了个优化，先询问一下每个RM基本资源是不是准备好了，并不开启事务，这会大大降低由于下一阶段由于部分RM异常(包括RM本身异常和RM对应的网络异常)所导的其他RM白白开启事务的成本。

比如有个人在深山老林，网络很差，跟其他人一起协商做个事，其他人发现他网不好，这个事情就先不做了（回滚），大家也不会干耗在那里等他半天，才决定不做。

虽然3PC对2PC做了优化，但实际用得最多的还是2PC，因为3PC有点复杂。

7.3. TCC

TCC是Try-Confirm-Cancel的简称，属于两阶段提交：Try是一阶段，Confirm/Cancel是二阶段。

TCC的思路是减小RM上事务影响范围。

Try：TCC只预留部分资源，不像2PC，第一阶段在RM上就把一个大事务给开启了。比如交易的时候TCC先“预扣款”，即冻结部分钱，这样你的其他钱还能被其他事务使用；而2PC的第一阶段上来就把你整个银行卡冻住，你其他事情也干不了了。
Confirm：执行真正的业务提交，它是基于Try阶段预留的资源进行的。比如在上述交易场景中，Confirm阶段会将冻结的钱正式扣除，并进行其他相关业务操作，如生成订单等。
Cancel：在Try或者Confirm阶段出现问题，都会执行Cancel阶段，将资源状态恢复到事务执行前。比如上述交易场景出现问题，Cancel阶段就把冻结的钱再“还”回去。这也可以算作一种“补偿”机制。

Try和Confirm阶段分别要提交哪些事务，都是根据业务自己来决定的，而且因为提交了事务，在Cancel阶段要回滚就只能业务上自己处理了，所以TCC一般是业务上自己实现的，没法靠数据库帮你回滚。
TCC对业务入侵较多，因为TCC一般是业务上自己实现的。

7.4. AT模式

automatic transaction，自动事务。也是一种2PC的变形。

7.4.1. 数据准备阶段（1阶段）

在RM上拦截业务SQL，保存SQL执行前后的数据镜像（分别叫“前镜像”和“后镜像”），这些操作是在事务范围内进行的，确保数据的一致性。然后把这些镜像和事务相关信息存到undo_log中，用于后续回滚。

7.4.2. 事务提交阶段（2阶段）

如果每个RM的事务都顺利提交，就可以删除undo_log中的记录。

7.4.3. 事务回滚阶段（2阶段）

如果某些（个）RM事务执行有问题，则根据undo_log中的“前镜像”“后镜像”等信息，对已执行操作进行逆向操作。

7.4.4. AT的特点总结

锁定少：一阶段不强锁定，通过数据前后镜像来回滚，RM锁定粒度和时长与传统2PC不同。
无侵入：对业务代码无侵入，开发者无需关心事务的具体实现细节，只需关注业务逻辑本身。
高性能：可以把2阶段异步化，这样只处理了一阶段就返回响应，然后异步慢慢处理二阶段。

7.5. 事务消息

事务消息是一种分布式系统中保证事务一致性的消息处理机制。属于一种特殊的2PC。

7.5.1. 正常过程

第一步，发送半消息：生产者把消息发到消息中间件，此时消息中间件不会把此消息投给消费者。
第二步，成功，则提交消息：生产者执行本地事务，如果没问题会提交给消息中间件一个确认的消息，消息中间件保证（重试、死信队列）把消息投递给消费者。
第二步，失败，则回滚消息：本地事务执行失败，生产者会向消息中间件发送一个回滚消息，消息中间件会删除之前暂存的半事务消息，这样消费者就不会收到该消息。

“半消息”一般都是完整的消息，只是后面还要“提交”一下才能被消费者看到，所以被叫做“半消息”

7.5.2. 异常处理

消息中间件一直未收到确认或回滚的消息：比如网络异常或者生产者突然挂了，不同的消息中间件的处理方式会有所不同。如：
- 回滚该半消息：将其从消息存储中删除
- 使用回调：消息中间件定期（或超时）来查询生产者上的一个回调函数，来觉得是回滚还是提交半消息。如果查询次数太多（相当于重试太多），会丢掉这个消息，或者把它记录到某个地方（比如死信队列）。
消息中间件收到确认或回滚消息后，投递给消费者失败：这要靠消息中间件的机制来确保一定要投递出去了，一般消息中间件会重试。
由于消息中间件会重试，所以消费者可能会收到多次相同的消息，所以消费者需要保证幂等性消费。