分布式事务原理与实现
文章目录
1. 什么是分布式事务
1.1 什么是分布式系统
部署在不同结点上的系统通过网络交互来完成协同工作的系统。
比如：充值加积分的业务，用户在充值系统向自己的账户充钱，在积分系统中自己积分相应的增加。充值系统和积 分系统是两个不同的系统，一次充值加积分的业务就需要这两个系统协同工作来完成。
1.2 什么是事务？
事务是指由一组操作组成的一个工作单元，这个工作单元具有原子性（atomicity）、一致性（consistency）、隔 离性（isolation）和持久性（durability）。
原子性:事务中的执行单元要么全部成功要么全部失败
一致性:事务完成前和事务完成后的数据都是完整的
隔离性:事务与事务是相互隔离的,任何数据的改变只存在于当前事务
持久性:事务完成后对数据的更改会永久的存储起来
1.3 什么是本地事务?
本地事务就是用关系数据库来控制事务，关系数据库通常都具有ACID特性，传统的单体应用通常会将数据全部存储 在一个数据库中，会借助关系数据库来完成事务控制。
1.4 什么是分布式事务？
在分布式系统中一次操作由多个系统协同完成，这种一次事务操作涉及多个系统通过网络协同完成的过程称为分布 式事务。这里强调的是多个系统通过网络协同完成一个事务的过程，并不强调多个系统访问了不同的数据库，即使 多个系统访问的是同一个数据库也是分布式事务 ;
另外一种分布式事务的表现是，一个应用程序使用了多个数据源连接了不同的数据库，当一次事务需要操作多个数 据源，此时也属于分布式事务，当系统作了数据库拆分后会出现此种情况
1.5 分布式事务有哪些场景？
- 电商系统中的下单扣库存 电商系统中，订单系统和库存系统是两个系统，一次下单的操作由两个系统协同完成
2）金融系统中的银行卡充值 在金融系统中通过银行卡向平台充值需要通过银行系统和金融系统协同完成。
3）教育系统中下单选课业务 在线教育系统中，用户购买课程，下单支付成功后学生选课成功，此事务由订单系统和选课系统协同完成。
4） SNS系统的消息发送 在社交系统中发送站内消息同时发送手机短信，一次消息发送由站内消息系统和手机通信系统协同完成。
2. CAP理论
CAP原则又称CAP定理，指的是在一个分布式系统中， Consistency（一致性）、 Availability（可用性）、Partition tolerance（分区容错性），三者不可得兼。
一致性（C）：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。（等同于所有节点访问同一份最新的数据副本）
可用性（A）：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。（对数据更新具备高可用性）
分区容忍性（P）：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。
CAP原则的精髓就是要么AP，要么CP，要么AC，但是不存在CAP。如果在某个分布式系统中数据无副本， 那么系统必然满足强一致性条件， 因为只有独一数据，不会出现数据不一致的情况，此时C和P两要素具备，但是如果系统发生了网络分区状况或者宕机，必然导致某些数据不可以访问，此时可用性条件就不能被满足，即在此情况下获得了CP系统，但是CAP不可同时满足。
3. 两阶段提交协议(2PC)
为解决分布式系统的数据一致性问题出现了两阶段提交协议（2 Phase Commitment Protocol），两阶段提交由 协调者和参与者组成，共经过两个阶段和三个操作，部分关系数据库如Oracle、MySQL支持两阶段提交协议，本节 讲解关系数据库两阶段提交协议。
1）第一阶段：准备阶段（prepare） 协调者通知参与者准备提交订单，参与者开始投票。 协调者完成准备工作向协调者回应Yes。
2）第二阶段：提交(commit)/回滚(rollback)阶段 协调者根据参与者的投票结果发起最终的提交指令。 如果有参与者没有准备好则发起回滚指令。 一个下单减库存的例子：
1、应用程序连接两个数据源。
2、应用程序通过事务协调器向两个库发起prepare，两个数据库收到消息分别执行本地事务（记录日志），但不提 交，如果执行成功则回复yes，否则回复no。
3、事务协调器收到回复，只要有一方回复no则分别向参与者发起回滚事务，参与者开始回滚事务。
4、事务协调器收到回复，全部回复yes，此时向参与者发起提交事务。如果参与者有一方提交事务失败则由事务协 调器发起回滚事务。
2PC的优点：实现强一致性，部分关系数据库支持（Oracle、MySQL等）。
缺点：整个事务的执行需要由协调者在多个节点之间去协调，增加了事务的执行时间，性能低下。
4. 事务补偿（TCC）
TCC事务补偿是基于2PC实现的业务层事务控制方案，它是Try、Confirm和Cancel三个单词的首字母，含义如下：
1、Try 检查及预留业务资源 完成提交事务前的检查，并预留好资源。
2、Confirm 确定执行业务操作 对try阶段预留的资源正式执行。
3、Cancel 取消执行业务操作 对try阶段预留的资源释放。
1、Try
下单业务由订单服务和库存服务协同完成，在try阶段订单服务和库存服务完成检查和预留资源。 订单服务检查当前是否满足提交订单的条件（比如：当前存在未完成订单的不允许提交新订单）。 库存服务检查当前是否有充足的库存，并锁定资源。
2、Confirm
订单服务和库存服务成功完成Try后开始正式执行资源操作。 订单服务向订单写一条订单信息。 库存服务减去库存。
3、Cancel
如果订单服务和库存服务有一方出现失败则全部取消操作。 订单服务需要删除新增的订单信息。 库存服务将减去的库存再还原。
优点：最终保证数据的一致性，在业务层实现事务控制，灵活性好。
缺点：开发成本高，每个事务操作每个参与者都需要实现try/confirm/cancel三个接口。
TCC的try/confirm/cancel接口都要实现幂等性，在为在try、confirm、cancel失败后要不断重试。
4.1 什么是幂等性？
幂等性是指同一个操作无论请求多少次，其结果都相同。
幂等操作实现方式有：
1、操作之前在业务方法进行判断如果执行过了就不再执行
2、缓存所有请求和处理的结果，已经处理的请求则直接返回结果
3、在数据库表中加一个状态字段（未处理，已处理），数据操作时判断未处理时再处理
5. 消息队列实现最终一致
1、订单服务和库存服务完成检查和预留资源。
2、订单服务在本地事务中完成添加订单表记录和添加“减少库存任务消息”。
3、由定时任务根据消息表的记录发送给MQ通知库存服务执行减库存操作。
4、库存服务执行减少库存，并且记录执行消息状态（为避免重复执行消息，在执行减库存之前查询是否执行过此 消息）。
5、库存服务向MQ发送完成减少库存的消息。
6、订单服务接收到完成库存减少的消息后删除原来添加的“减少库存任务消息”。