二阶段提交协议2PC

前言

       在分布式系统中，每一个机器节点虽然能够明确知道自己在进行事物操作过程中的结果是成功或失败，但是却无法直接获取到其他分布式节点的操作结果。因此，当一个事物操作需要跨越多个分布式节点的时候，为了保持事物处理的ACID特性，就需要引入一个称为“协调者”的组件来统一调度所有分布式节点的执行逻辑，这些被调度的分布式节点则被称为“参与者”。协调者负责调度参与者的行为，并最终决定这些参与者是否要把事物真正进行提交。基于这个思想衍生出了二阶段提交协议和三阶段提交协议。

2PC

       是计算机网络尤其是在数据库内，为了使基于分布式系统架构下的所有节点在进行事物处理过程中能够保持原子性和一致性而设计的一种算法。二阶段提交协议是将事物的提交过程分为两个阶段来进行处理，执行流程如下：

阶段一：提交事物请求

1、事物询问

协调者向所有的参与者发送事物内容，询问是否可以执行事物提交操作，并开始等待各参与者的响应。

2、执行事物

各参与者节点执行事物操作，并将Undo和Redo信息记入事物日志中。

3、各参与者向协调者反馈事物询问的响应

如果参与者成功执行了事物操作，那么就反馈给协调者Yes响应，表示事物可以执行，如果参与者没有成功执行事物，那么就反馈给协调者No响应，表示事物不可以执行。

由于上面讲述的内筒在形式上近似是协调者组织各参与者对一次事物操作的投票表态过程，因此二阶段提交协议的阶段一也被称为“投票阶段”，即各参与者投票表明是否要继续执行接下去的事物提交操作。

阶段二：执行事物

在阶段二中，协调者会根据各参与者的反馈情况来决定最终是否可以进行事物提交操作，正常情况下，包含以下两种可能。

执行事物提交

假如协调者从所有的参与者获得的反馈都是Yes响应，那么就会执行事物提交。

1、发送提交请求

协调者向所有参与者节点发出Commit请求。

2、事物提交

参与者接收到Commit请求后，会正式执行事物提交操作，并在完成提交之后释放在整个事物执行期间占用的事物资源。

3、反馈事物提交结果

参与者在完成事物提交之后，写协调者发送Ack消息

4、完成事物

协调者接收到所有参与者反馈的Ack消息后，完成事物

中断事物

假如任何一个参与者向协调者反馈了No响应，或者在等待超时之后，协调者尚无法接收到所有参与者的反馈响应，那么就会中断事物。

1、发送回滚请求

协调者向所有参与者节点发出Rollback请求。

2、事物回滚

参与者收到Rollback请求之后，会利用其在阶段一种记录的Undo信息来执行事务回滚操作，并在完成回滚之后释放在整个事物执行期间占用的资源。

3、反馈事物回滚结果

参与者在完成事物回滚之后，向协调者发送Ack消息。

4、中断事务

协调者接收所有参与者反馈的Ack消息后，完成事物中断。

优缺点

二阶段提交协议的优点：原理简单，实现方便。

二阶段提交协议的缺点：同步阻塞、单点问题、脑裂、太过保守。

同步阻塞

       二阶段提交协议存在的最明显也是最大的一个问题就是同步阻塞，这会极大地限制分布式系统的性能。在二阶段提交的过程中个，所有参与该事务操作的逻辑都处于阻塞状态，也就是说，各个参与者在等待其他参与者响应的过程中，将无法进行任何操作。

单点问题

      一旦协调者出现问题，那么整个二阶段提交流程将无法运转，更为严重的是，如果协调者在阶段二中出现问题的话，那么其他参与者将会一直处于锁定事物资源的状态中，而无法继续完成事物操作。

数据不一致

       在二阶段提交协议的阶段二，即执行事务提交请求的时候，当协调者向所有的参与者发送Commit请求之后，发生了局部网络异常或者协调者尚未发送完Commit请求之前自身发生了崩溃，导致最终只有部分参与者收到了Commit请求。于是，这部分收到Commit请求的参与者就会进行事务的提交，而其他没有收到Commit请求的参与者则无法进行事务提交，于是整个分布式系统边出现了数据不一致现象。

太过保守

如果在协调者指示参与者进行事务提交询问的过程中，参与者出现故障而导致协调者始终无法获取到所有参与者响应信息的话，这时协调者只能依靠其自身的超时机制来判断是否中断事物，这样的策略显得比较保守。