解决方案
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一个简单操作,在服务端非常可能是由多个服务和数据库实例协同完成的。
在互联网金融等一致性要求较高的场景下,多个独立操作之间的一致性问题显得格外棘手。
基于水平扩容能力和成本考虑,传统的强一致的解决方案(e.g.单机事务)纷纷被抛弃。其理论依据就是CAP原理。
我们往往为了可用性和分区容错性,忍痛放弃强一致支持,转而追求最终一致性。大部分业务场景下,我们是可以接受短暂的不一致的。
在分布式系统中,同时满足“CAP定律”中的“一致性”、“可用性”和“分区容错性”三者是不可能的,这比现实中找对象需同时满足“高、富、帅”或“白、富、美”更加困难。在互联网领域的绝大多数的场景,都需要牺牲强一致性来换取系统的高可用性,系统往往只需要保证“最终一致性”,只要这个最终时间是在用户可以接受的范围内即可。
分布式事务的解决方案主要有以下几种。
交易中间件与数据库通过 XA 接口规范,使用两阶段提交来完成一个全局事务, XA 规范的基础是两阶段提交协议。
第一阶段是表决阶段,所有参与者都将本事务能否成功的信息反馈发给协调者;
第二阶段是执行阶段,协调者根据所有参与者的反馈,通知所有参与者,步调一致地在所有分支上提交或者回滚。
两阶段提交这种解决方案属于牺牲了一部分可用性来换取的一致性。
两阶段提交方案应用非常广泛,几乎所有商业OLTP数据库都支持XA协议。但是两阶段提交方案锁定资源时间长,对性能影响很大,基本不适合解决微服务事务问题。
SpringBoot中使用JTA处理分布式事务:
Spring Boot通过Atomkos或Bitronix的内嵌事务管理器支持跨多个XA资源的分布式JTA事务,当部署到恰当的J2EE应用服务器时也会支持JTA事务。当发现JTA环境时,Spring Boot将使用Spring的JtaTransactionManager
来管理事务。自动配置的JMS,DataSource和JPA beans将被升级以支持XA事务。可以使用标准的Spring idioms,比如@Transactional
,来参与到一个分布式事务中。如果处于JTA环境,但仍想使用本地事务,你可以将spring.jta.enabled
属性设置为false
来禁用JTA自动配置功能。
TCC(try-commit-cancel) 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。
它分为三个阶段:
Try 阶段:主要是对业务系统做检测及资源预留
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。
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 Bob 要向 Smith 转账,思路大概是: 我们有一个本地方法,里面依次调用 1、首先在 Try 阶段,要先调用远程接口把 Smith 和 Bob 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: 跟2PC比起来,实现以及流程相对简单了一些,但数据的一致性比2PC也要差一些
缺点: 缺点还是比较明显的,在2,3步中都有可能失败。TCC属于应用层的一种补偿方式,所以需要程序员在实现的时候多写很多补偿的代码,在一些场景中,一些业务流程可能用TCC不太好定义及处理。
事务开始时,业务应用会向事务协调器注册启动事务。之后业务应用会调用所有服务的try接口,完成一阶段准备。之后事务协调器会根据try接口返回情况,决定调用confirm接口或者cancel接口。如果接口调用失败,会进行重试。
TCC方案让应用自己定义数据库操作的粒度,使得降低锁冲突、提高吞吐量成为可能。 当然TCC方案也有不足之处,集中表现在以下两个方面:
对应用的侵入性强。业务逻辑的每个分支都需要实现try、confirm、cancel三个操作,应用侵入性较强,改造成本高。
实现难度较大。需要按照网络状态、系统故障等不同的失败原因实现不同的回滚策略。为了满足一致性的要求,confirm和cancel接口必须实现幂等。
上述原因导致TCC方案大多被研发实力较强、有迫切需求的大公司所采用。微服务倡导服务的轻量化、易部署,而TCC方案中很多事务的处理逻辑需要应用自己编码实现,复杂且开发量大。
消息一致性方案是通过消息中间件保证上、下游应用数据操作的一致性。
基本思路:
①将本地操作和发送消息放在一个事务中,保证本地操作和消息发送要么两者都成功或者都失败。
②下游应用向消息系统订阅该消息,收到消息后执行相应操作。
消息方案从本质上讲是将分布式事务转换为两个本地事务,然后依靠下游业务的重试机制达到最终一致性。基于消息的最终一致性方案对应用侵入性也很高,应用需要进行大量业务改造,成本较高。
这种方式又可以根据消息中间件支持/不支持事务消息两种。
假如消息中间件不支持事务消息
消息生产者:
根据上述代码及注释,我们来分析下可能的情况:
操作数据库成功,向MQ中投递消息也成功,皆大欢喜
操作数据库失败,不会向MQ中投递消息了
操作数据库成功,但是向MQ中投递消息时失败,向外抛出了异常,刚刚执行的更新数据库的操作将被回滚
从上面分析的几种情况来看,生产者貌似问题都不大的。
那么我们来分析下消费者端面临的问题:
消息出列后,消费者对应的业务操作要执行成功。如果业务执行失败,消息不能失效或者丢失。需要保证消息与业务操作一致
尽量避免消息重复消费。如果重复消费,也不能因此影响业务结果
主流的MQ产品都具有持久化消息的功能。如果消费者宕机或者消费失败,都可以执行重试机制的(有些MQ可以自定义重试次数)。
如何避免消息被重复消费造成的问题?
保证消费者调用业务的服务接口的幂等性
通过消费日志或者类似状态表来记录消费状态,便于判断(建议在业务上自行实现,而不依赖MQ产品提供该特性)
总结:这种方式比较常见,如果MQ自身和业务都具有高可用性,理论上是可以满足大部分的业务场景的。不过在没有充分测试的情况下,不建议在交易业务中直接使用。
假如消息中间件支持事务消息:(以RocketMQ为例) RocketMQ第一阶段发送Prepared消息时,会拿到消息的地址,第二阶段执行本地事物,第三阶段通过第一阶段拿到的地址去访问消息,并修改状态。细心的读者可能又发现问题了,如果确认消息发送失败了怎么办?RocketMQ会定期扫描消息集群中的事物消息,这时候发现了Prepared消息,它会向消息发送者确认,Bob的钱到底是减了还是没减呢?如果减了是回滚还是继续发送确认消息呢?RocketMQ会根据发送端设置的策略来决定是回滚还是继续发送确认消息。这样就保证了消息发送与本地事务同时成功或同时失败。
各大知名的电商平台和互联网公司,几乎都是采用类似的设计思路来实现“最终一致性”的。这种方式适合的业务场景广泛,而且比较可靠。
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