分布式事务：XA和Seata的XA模式

大家好，我是方圆。上一篇博客《从2PC和容错共识算法讨论zookeeper中的Create请求》介绍了保证分布式事务提交的两阶段提交协议，而XA是针对两阶段提交提出的接口实现标准，本文则对XA进行介绍。

1. XA

XA （eXtended Architecture 扩展架构） 是 X/Open组织 提出的 跨异构技术实现两阶段提交 的接口标准。

分布式事务包含两种类型：数据库内部的分布式事务，在这种情况下，所有参与事务的节点都运行相同的数据库软件；异构分布式事务，参与者由两种或两种以上的不同数据库软件组成。

它于 1991 年推出并得到了广泛的实现：许多传统关系数据库包括 PostgreSQL、MySQL、DB2、SQL Server 和 Oracle；消息代理包括 ActiveMQ、HornetQ、MSMQ 和 IBM MQ都支持 XA。它不是一个网络协议而是定义了 事务管理器（Transaction Manager）、应用程序（Application Program） 和 资源管理器（Resource Manager） 之间交互的 CAPI(Common Application Programming Interface) 接口标准，如下图所示。但是标准中并没有指明该如何实现，例如在Java EE中，XA使用的是 Java事务API （JTA， Java Transaction API）实现的。

CAPI: 国际标准的通用应用交互接口。

其中三个组件的职责如下：

应用程序（Application Program）：负责定义事务的开启、提交或中止，并能够访问事务内的资源（数据库等）

资源管理器（Resource Manager）：负责对资源进行管理，相当于两阶段提交中的参与者，能够与事务管理器通过接口交互来传递必要的事务信息

事务管理器（Transaction Manager）：负责管理全局事务，分配事务ID，监控事务的执行进度，并负责事务的开启、提交和回滚等，相当于两阶段提交中的协调者

XA同样也分为 准备阶段 和 提交阶段，它对分布式事务管理的流程如下

准备阶段：AP与TM交互，开启一个 全局分布式事务，并发送请求到每个RM，执行数据变更逻辑，此时每个RM会向TM发送请求注册 分支事务，在执行完业务逻辑后报告准备提交的状态（事务执行完未提交），之后AP会根据RM的响应在 提交阶段 做出反馈
提交阶段：如果所有的RM都回复“是”，表示它们已经准备好提交，那么AP会在该阶段向TM发出提交请求，分布式事务提交；否则，AP会向TM发出中止请求，分布式事务回滚

2. Seata的XA的模式

Seata中有三个角色 事务管理器（Transaction Manager）、资源管理器（Resource Manager） 和 事务协调者（Transaction Coordinator）。在XA模式下，利用事务资源（数据库、消息服务等）对XA协议的支持，来对分布式事务进行管理。

但是，在Seata中三个角色的定义与XA协议标准中角色的定义有所区别：事务管理器（Transaction Manager）应该对应XA协议中的应用程序（Application Program）；事务协调者（Transaction Coordinator）对应XA协议中的事务管理器（Transaction Manager）。我认为它们只是在命名上的区别，为了上下文各名词的统一，避免发生因名词不一致而理解混淆的问题，决定以XA标准协议中的定义进行讲解，特此强调。

下图是Seata管理分布式事务的流程图，与第一小节中所述事务流程相同，不再赘述。

2.1 XA模式实战分析

有了理论基础，我们以商城系统为例进行简单地演示：订单、商品和购物车分别为三个微服务系统，在执行 下单流程 时会修改商品库存，生成订单和删除购物车中的商品，业务流程代码如下，注意其中包含事务异常回滚的代码

    @GlobalTransactional
    @Transactional(rollbackFor = Exception.class)
    public void saveOrder(OrderSaveParam orderSaveParam) {
        // 参数校验等必要操作
        // ...

        // 校验商品库存和上架状态
        checkGoodsStatusAndStock(goodsList, goodsCountMap);

        // 修改库存
        reduceGoodsCount(goodsCountMap);

        // 生成订单
        saveOrder(goodsList, goodsCountMap, orderSaveParam.getAddressId());

        // 删除购物车中商品
        shoppingCartService.deleteShoppingCartItem(orderSaveParam.getCartItemIds(), SecurityConstants.INNER);

        // 异常回滚事务
        int i = 1 / 0;
    }

分布式事务执行的 准备阶段，流程图如下

Order Server 在创建订单之前，会向 Seata Server™ 注册全局事务，并分配事务ID，对应的控制台日志如下

2023-06-17 22:07:06.479  INFO 74703 --- [io-29009-exec-2] i.seata.tm.api.DefaultGlobalTransaction  : Begin new global transaction [127.0.0.1:8091:36427221250506976]

Order Server REST调用 Goods Server 扣减商品数量，Goods Server 在执行数据修改逻辑前会向 Seata Server 注册分支事务，执行完业务逻辑后，并不执行事务提交
Order Server REST调用 ShoppingCart Server 删除购物车中的商品，ShoppingCart Server 在执行数据修改逻辑前会向 Seata Server 注册分支事务，执行完业务逻辑后，同样不执行事务提交
Order Server 本地执行生成订单和其他逻辑

接下来是分布式事务执行的 提交阶段，因生成订单中代码逻辑抛出异常，所以该分布式事务会回滚，OrderServer中对应日志如下

2023-06-17 22:07:07.029  INFO 74703 --- [io-29009-exec-2] i.s.rm.datasource.xa.ConnectionProxyXA   : 127.0.0.1:8091:36427221250506976-36427221250506978 was rollbacked
2023-06-17 22:07:07.220  INFO 74703 --- [io-29009-exec-2] i.seata.tm.api.DefaultGlobalTransaction  : Suspending current transaction, xid = 127.0.0.1:8091:36427221250506976
2023-06-17 22:07:07.220  INFO 74703 --- [io-29009-exec-2] i.seata.tm.api.DefaultGlobalTransaction  : [127.0.0.1:8091:36427221250506976] rollback status: Rollbacked

Order Server 向 Seata Server 发送 中止请求，随后 Seata Server 向 Goods Server 和 ShoppingCart Server 发送 事务回滚请求
Goods Server 和 ShoppingCart Server 收到事务回滚请求后，将各自注册的分支事务回滚，最终全局分布式事务回滚，以保证数据的一致性。Goods Server 分支事务回滚对应的日志如下，可以发现分支事务的ID为全局事务ID-分支ID，并显示PhaseTwo_Rollbacked 在阶段二回滚

2023-06-17 22:07:07.081  INFO 74680 --- [h_RMROLE_1_4_24] i.s.c.r.p.c.RmBranchRollbackProcessor    : rm handle branch rollback process:xid=127.0.0.1:8091:36427221250506976,branchId=36427221250506986,branchType=XA,resourceId=jdbc:mysql://127.0.0.1:3306/fy_mall_goods,applicationData=null
2023-06-17 22:07:07.081  INFO 74680 --- [h_RMROLE_1_4_24] io.seata.rm.AbstractRMHandler            : Branch Rollbacking: 127.0.0.1:8091:36427221250506976 36427221250506986 jdbc:mysql://127.0.0.1:3306/fy_mall_goods
2023-06-17 22:07:07.096  INFO 74680 --- [h_RMROLE_1_4_24] i.s.rm.datasource.xa.ResourceManagerXA   : 127.0.0.1:8091:36427221250506976-36427221250506986 was rollbacked
2023-06-17 22:07:07.096  INFO 74680 --- [h_RMROLE_1_4_24] io.seata.rm.AbstractRMHandler            : Branch Rollbacked result: PhaseTwo_Rollbacked

注：如果有朋友想试试Seata的XA模式，可以参考示例代码仓库FangYuan33/book-spring-cloud，对应的方法入口为 /saveOrder

3. 对XA的思考

XA能够保持多个参与者数据相互一致，但是同时也引入了比较严重的运维问题。

因为如果协调者宕机，那么其中已经 准备但未提交事务 的所有参与者都会被阻塞。被阻塞的根本是锁，例如在读已提交隔离级别上，数据库事务通常会获取到待修改行数据的 行级排他锁 来防止脏写。在分布式事务提交或中止前，参与者数据库不能释放这些锁，因此协调者宕机多久，这些锁就要持有多久（在没有认为干预的情况下）。这些锁被持有的期间，导致其他事务不能修改这些数据（根据数据库的不同，读取操作也可能被阻塞），所以这些数据相关的业务都会被阻塞，导致应用大面积的不可用，直至 存疑事务 被解决（提交/中止）。

理论上，如果协调者崩溃并重新启动，它应该从日志中恢复事务的状态，并解决现存的疑虑事务，但是在实际生产中，仍然会有疑虑事务的出现（可能是事务日志被破坏）。也许你可能会考虑将相关应用的数据库服务器重启，但是在2PC正确的实现中，为了 原子性 的保证，重启后也必须持有存疑事务的锁。那么这样 唯一的解决方案 是让管理员手动提交还是回滚事务，这是引入运维问题的所在。不过，许多XA事务的实现都有一个叫做 启发式决策 的逃生出口，允许参与者单方面决定提交或放弃一个存疑事务，而无需等待协调者的决定，但是这也正是避免灾难性情况的手段，而不是为了日常的使用，因为这种方式有可能会破坏事务的原子性。

所以，协调者的 高可用 是需要我们考虑的问题，它本身也是一种数据库（保存了事务的结果），需要像其他应用数据库服务一样被认真的对待。