分布式事务原子性-TCC

news2024/11/24 5:52:35

一、分布式事务-原子性

随着数据量不断的变大，单机所能处理的数据总归是有上限的，所以现阶段分布式的应用系统在各个领域中遍地生花。接下来我们就来聊一下分布式系统中非常重

要的特性分布式事务的原子性功能。之前没有了解过分布式相关知识的读者可以阅读以下专栏“分布式算法”。

问：那么什么是分布式原子性呢？

答：在分布式系统中，分布式事务是指跨越多个独立的计算机或服务节点的一系列操作。这些操作必须以原子性进行，要么全部执行成功，要么全部回滚，保持数

据的一致性和完整性。原子性是分布式事务的关键特性之一，它确保了事务的不可分割性和一致性。具体来说，原子性要求一个事务中的所有操作要么都成功地被提交，要么都被完全撤销。

让我看一下詹姆斯·尼古拉·格雷（James Nicholas "Jim" Gray）的定义吧：

Atomicity: Either all the changes from the transaction occur (writes, and messages sent), or none occur.

上面那段话还是比较难懂的，特别是messages sent，但是不妨碍我们理解核心思想即原子性要么全部做完，要么都不做。

例子：某天温州的小杨准备给北京的小李转10万块钱，结果因为x行系统故障，导致了小李获得了10万，并且小杨的账号没有减少10万，两个人开心的不行。

上述其实就是因为“小杨扣钱”和“小李获钱”的操作没有捆绑起来导致的后果，这种操作是会导致银行破产，要么被客户骂死，风险是极大的。

那么上述问题我们该如何解决呢？下面我们介绍一下如何解决该问题的两个协议（TCC和2PC）,本次内容先介绍TCC，后续介绍2PC。

二、TCC协议

TCC 全称即Try-Confirm-Cancel，由Pat Helland于2007年在一篇名为“Life beyond Distributed Transactions: an Apostate’s Opinion”的论文中首次提出。

从名字中我们可以看出，其将事务分为三个步骤：尝试（Try）、确认（Confirm）和取消（Cancel），来确保分布式系统中的事务操作的可靠性和一致性。

Try：事务参与者会尝试（Try）预留所有必要的资源，并执行一些前置检查。如果所有的资源都可用且检查通过，则可以继续到下一个阶段。否则，如果任何资源不可用或检查失败，则事务参与者会返回错误或异常。

Confirm：事务参与者会提交之前预留的资源，并执行实际的业务逻辑操作。这些操作可能会修改数据库、发送消息等。如果所有操作都成功完成，事务参与者会发送确认（Confirm）信号。
Cancel ：如果在确认阶段发生错误或者出现异常情况，需要进行事务的回滚。在取消阶段（Cancel），事务参与者会释放之前预留的资源，并执行相应的回滚操作，以使整个事务回滚到初始状态。

TCC只是一个协议，具体的实现还需要结合实际场景（考虑网络延迟、幂等性、重试机制等方面的问题）进行。

2.1 TCC角色

虽然TCC的实现很多细节，但是当中涉及了三个角色。

Transaction Initiator: 事务发起者是整个分布式事务的发起方，负责协调和控制整个事务的执行流程。它引导和驱动事务的执行，并与参与者节点进行通信，最终决定是否提交或回滚整个事务。
Transaction Participant：事务参与者是分布式事务中的各个执行单元，负责执行具体的事务操作。每个参与者都实现了与协调者交互的Try、Confirm和Cancel方法。在Try阶段，参与者预留资源并执行前置检查；在Confirm阶段，参与者执行实际的业务操作；在Cancel阶段，参与者回滚之前的操作。
Coordinator：协调者是事务发起者与事务参与者之间的中间节点，负责协调各个参与者的行为，确保整个事务的一致性和原子性。协调者与每个参与者节点进行通信，根据收集到的确认和取消信息，决定最终提交或回滚事务。（好多实现，去掉了这个角色，直接通过Transaction Initiator完成）

下面给出一个Orcale 事务架构师Todd Little案例，通过MicroTx的介绍角色。下图中的Microservice A即是Transaction Initiator，Microservice B和Microservice B即为Transaction Participant，而Coordinator就是协调者确保事务的一致和原子，让大家统一进行confirm和Cancel。

2.2 优缺点分析

优点：

TCC协议相对于传统的两阶段提交（2PC）协议，具有更好的可扩展性和灵活性。
具有更高的并发性和没有长时间的锁等待

缺点：

代码对业务逻辑的嵌入性太强

更高的开发需求，因为我们需要提供尝试/确认/取消接口。

2.2 案例说明

下面介绍TCC如何介绍开篇提出的问题。

正常交易流程
异常交易处理方式

首先尝试去锁定需要的资源，这时候由于Service C异常了，其try对应资源失败，返回no；Service B正常响应，返回yes。由于Transaction Participant中响应了no，那么事务管理器向所有Transaction Participant发出cannel指定，从而保障所有操作都不执行。