两阶段提交2PC 和 三阶段提交3pc

一、概念

二阶段提交2PC（Two phase Commit）是指，在分布式系统里，为了保证所有节点在进行事务提交时保持一致性的一种算法。
2PC，二阶段提交协议，即将事务的提交过程分为两个阶段来进行处理：准备阶段和提交阶段。事务的发起者称协调者，事务的执行者称参与者。

二、背景

在分布式系统里，每个节点都可以知晓自己操作的成功或者失败，却无法知道其他节点操作的成功或失败。
当一个事务跨多个节点时，为了保持事务的原子性与一致性，需要引入一个协调者（Coordinator）来统一掌控所有参与者（Participant）的操作结果，并指示它们是否要把操作结果进行真正的提交（commit）或者回滚（rollback）。

三、思路

2PC顾名思义分为两个阶段，其实施思路可概括为：
（1）投票阶段（voting phase）：参与者将操作结果通知协调者；
（2）提交阶段（commit phase）：收到参与者的通知后，协调者再向参与者发出通知，根据反馈情况决定各参与者是否要提交还是回滚；

四、缺陷

算法执行过程中，所有节点都处于阻塞状态，所有节点所持有的资源（例如数据库数据，本地文件等）都处于封锁状态。
典型场景为：

• （1）某一个参与者发出通知之前，所有参与者以及协调者都处于阻塞状态；

• （2）在协调者发出通知之前，所有参与者都处于阻塞状态；

另外，如有协调者或者某个参与者出现了崩溃，为了避免整个算法处于一个完全阻塞状态，往往需要借助超时机制来将算法继续向前推进，故此时算法的效率比较低。
总的来说，2PC是一种比较保守的算法。

五、举例

甲乙丙丁四人要组织一个会议，需要确定会议时间，不妨设甲是协调者，乙丙丁是参与者。

投票阶段：

• （1）甲发邮件给乙丙丁，周二十点开会是否有时间；
• （2）甲回复有时间；
• （3）乙回复有时间；
• （4）丙迟迟不回复，此时对于这个活动，甲乙丙均处于阻塞状态，算法无法继续进行；
• （5）丙回复有时间（或者没有时间）；
  提交阶段：
• （1）协调者甲将收集到的结果反馈给乙丙丁（什么时候反馈，以及反馈结果如何，在此例中取决与丙的时间与决定）；
• （2）乙收到；
• （3）丙收到；
• （4）丁收到；

六、结论

2PC的缺陷

• 1、同步阻塞：最大的问题即同步阻塞，即：所有参与事务的逻辑均处于阻塞状态。
• 2、单点：协调者存在单点问题，如果协调者出现故障，参与者将一直处于锁定状态。
• 3、脑裂：在阶段2中，如果只有部分参与者接收并执行了Commit请求，会导致节点数据不一致。
  由于2PC存在如上同步阻塞、单点、脑裂问题，因此又出现了2PC的改进方案，即3PC。

3PC

3PC，三阶段提交协议，是2PC的改进版本，即将事务的提交过程分为CanCommit、PreCommit、do Commit三个阶段来进行处理。

阶段1：CanCommit
　　1、协调者向所有参与者发出包含事务内容的CanCommit请求，询问是否可以提交事务，并等待所有参与者答复。
　　2、参与者收到CanCommit请求后，如果认为可以执行事务操作，则反馈YES并进入预备状态，否则反馈NO。

阶段2：PreCommit

此阶段分两种情况：
　　1、所有参与者均反馈YES，即执行事务预提交。
　　2、任何一个参与者反馈NO，或者等待超时后协调者尚无法收到所有参与者的反馈，即中断事务。

事务预提交：（所有参与者均反馈YES时）
　　1、协调者向所有参与者发出PreCommit请求，进入准备阶段。
　　2、参与者收到PreCommit请求后，执行事务操作，将Undo和Redo信息记入事务日志中（但不提交事务）。
　　3、各参与者向协调者反馈Ack响应或No响应，并等待最终指令。

中断事务：（任何一个参与者反馈NO，或者等待超时后协调者尚无法收到所有参与者的反馈时）
　　1、协调者向所有参与者发出abort请求。
　　2、无论收到协调者发出的abort请求，或者在等待协调者请求过程中出现超时，参与者均会中断事务。

阶段3：do Commit

此阶段也存在两种情况：
　　1、所有参与者均反馈Ack响应，即执行真正的事务提交。
　　2、任何一个参与者反馈NO，或者等待超时后协调者尚无法收到所有参与者的反馈，即中断事务。

提交事务：（所有参与者均反馈Ack响应时）
　　1、如果协调者处于工作状态，则向所有参与者发出do Commit请求。
　　2、参与者收到do Commit请求后，会正式执行事务提交，并释放整个事务期间占用的资源。
　　3、各参与者向协调者反馈Ack完成的消息。
　　4、协调者收到所有参与者反馈的Ack消息后，即完成事务提交。

中断事务：（任何一个参与者反馈NO，或者等待超时后协调者尚无法收到所有参与者的反馈时）
　　1、如果协调者处于工作状态，向所有参与者发出abort请求。
　　2、参与者使用阶段1中的Undo信息执行回滚操作，并释放整个事务期间占用的资源。
　　3、各参与者向协调者反馈Ack完成的消息。
　　4、协调者收到所有参与者反馈的Ack消息后，即完成事务中断。

注意：进入阶段三后，无论协调者出现问题，或者协调者与参与者网络出现问题，都会导致参与者无法接收到协调者发出的do Commit请求或abort请求。此时，参与者都会在等待超时之后，继续执行事务提交。

附示意图如下：

image.png

3PC的优点和缺陷

优点：降低了阻塞范围，在等待超时后协调者或参与者会中断事务。避免了协调者单点问题，阶段3中协调者出现问题时，参与者会继续提交事务。

缺陷：脑裂问题依然存在，即在参与者收到PreCommit请求后等待最终指令，如果此时协调者无法与参与者正常通信，会导致参与者继续提交事务，造成数据不一致。

后记

无论2PC或3PC，均无法彻底解决分布式一致性问题。
　　解决一致性问题，唯有Paxos 。