分布式事务专题(四):分布式事务解决方案之TCC

目录:

  • 基础概念
  • 分布式事务理论
  • 分布式事务解决方案之2pc
  • 分布式事务解决方案之TCC(本章)
  • 分布式事务解决方案之可靠消息最终一致性
  • 分布式事务解决方案之最大努力通知
  • 分布式事务综合案例分析

4.分布式事务解决方案之TCC 

4.1.什么是TCC事务

TCC是Try、Confifirm、Cancel三个词语的缩写,TCC要求每个分支事务实现三个操作:预处理Try、确认Confifirm、撤销Cancel。Try操作做业务检查及资源预留,Confifirm做业务确认操作,Cancel实现一个与Try相反的操作即回滚操作。TM首先发起所有的分支事务的try操作,任何一个分支事务的try操作执行失败,TM将会发起所有分支事务的Cancel操作,若try操作全部成功,TM将会发起所有分支事务的Confifirm操作,其中Confifirm/Cancel操作若执行失败,TM会进行重试。 

分布式事务专题(四):分布式事务解决方案之TCC_第1张图片

分支事务失败的情况: 

分布式事务专题(四):分布式事务解决方案之TCC_第2张图片

TCC分为三个阶段:

  1. Try 阶段是做业务检查(一致性)及资源预留(隔离),此阶段仅是一个初步操作,它和后续的Confifirm 一起才能真正构成一个完整的业务逻辑。
  2. Confifirm 阶段是做确认提交,Try阶段所有分支事务执行成功后开始执行 Confifirm。通常情况下,采用TCC则认为 Confifirm阶段是不会出错的。即:只要Try成功,Confifirm一定成功。若Confifirm阶段真的出错了,需引入重试机制或人工处理。
  3. Cancel 阶段是在业务执行错误需要回滚的状态下执行分支事务的业务取消,预留资源释放。通常情况下,采用TCC则认为Cancel阶段也是一定成功的。若Cancel阶段真的出错了,需引入重试机制或人工处理。

TM事务管理器,TM事务管理器可以实现为独立的服务,也可以让全局事务发起方充当TM的角色,TM独立出来是为了成为公用组件,是为了考虑系统结构和软件复用。

TM在发起全局事务时生成全局事务记录,全局事务ID贯穿整个分布式事务调用链条,用来记录事务上下文,追踪和记录状态,由于Confifirm 和cancel失败需进行重试,因此需要实现为幂等,幂等性是指同一个操作无论请求多少次,其结果都相同。 

4.2.TCC 解决方案 

目前市面上的TCC框架众多比如下面这几种: (以下数据采集日为2019年07月11日) 

框架名称 Gitbub地址 star数量
tcc-transaction github.com/changmingxi… 3850
Hmily github.com/yu199195/hm… 2407
ByteTCC github.com/liuyangming… 1947
EasyTransaction github.com/QNJR-GROUP/… 1690

上一节所讲的Seata也支持TCC,但Seata的TCC模式对Spring Cloud并没有提供支持。我们的目标是理解TCC的原理以及事务协调运作的过程,因此更请倾向于轻量级易于理解的框架,因此最终确定了Hmily。

Hmily是一个高性能分布式事务TCC开源框架。基于Java语言来开发(JDK1.8),支持Dubbo,Spring Cloud等RPC框架进行分布式事务。它目前支持以下特性: 

  • 支持嵌套事务(Nested transaction support).
  • 采用disruptor框架进行事务日志的异步读写,与RPC框架的性能毫无差别。
  • 支持SpringBoot-starter 项目启动,使用简单。
  • RPC框架支持 : dubbo,motan,springcloud。
  • 本地事务存储支持 : redis,mongodb,zookeeper,fifile,mysql。
  • 事务日志序列化支持 :java,hessian,kryo,protostuffff。
  • 采用Aspect AOP 切面思想与Spring无缝集成,天然支持集群。
  • RPC事务恢复,超时异常恢复等。 

Hmily利用AOP对参与分布式事务的本地方法与远程方法进行拦截处理,通过多方拦截,事务参与者能透明的调用到另一方的Try、Confifirm、Cancel方法;传递事务上下文;并记录事务日志,酌情进行补偿,重试等。

Hmily不需要事务协调服务,但需要提供一个数据(mysql/mongodb/zookeeper/redis/fifile)来进行日志存储。

Hmily实现的TCC服务与普通的服务一样,只需要暴露一个接口,也就是它的Try业务。Confifirm/Cancel业务逻辑,只是因为全局事务提交/回滚的需要才提供的,因此Confifirm/Cancel业务只需要被Hmily TCC事务框架发现即可,不需要被调用它的其他业务服务所感知。 

TCC需要注意三种异常处理分别是空回滚、幂等、悬挂: 

空回滚:

在没有调用 TCC 资源 Try 方法的情况下,调用了二阶段的 Cancel 方法,Cancel 方法需要识别出这是一个空回滚,然后直接返回成功。

出现原因是当一个分支事务所在服务宕机或网络异常,分支事务调用记录为失败,这个时候其实是没有执行Try阶段,当故障恢复后,分布式事务进行回滚则会调用二阶段的Cancel方法,从而形成空回滚。

解决思路的关键就是要识别出这个空回滚。思路很简单就是需要知道一阶段是否执行,如果执行了,那就是正常回滚;如果没执行,那就是空回滚。前面已经说过TM在发起全局事务时生成全局事务记录,全局事务ID贯穿整个分布式事务调用链条。再额外增加一张分支事务记录表,其中有全局事务 ID 和分支事务 ID,第一阶段 Try 方法里会插入一条记录,表示一阶段执行了。Cancel 接口里读取该记录,如果该记录存在,则正常回滚;如果该记录不存在,则是空回滚。 

幂等:

通过前面介绍已经了解到,为了保证TCC二阶段提交重试机制不会引发数据不一致,要求 TCC 的二阶段 Try、Confifirm 和 Cancel 接口保证幂等,这样不会重复使用或者释放资源。如果幂等控制没有做好,很有可能导致数据不一致等严重问题。

解决思路在上述“分支事务记录”中增加执行状态,每次执行前都查询该状态。 

悬挂:

悬挂就是对于一个分布式事务,其二阶段 Cancel 接口比 Try 接口先执行。

出现原因是在 RPC 调用分支事务try时,先注册分支事务,再执行RPC调用,如果此时 RPC 调用的网络发生拥堵,通常 RPC 调用是有超时时间的,RPC 超时以后,TM就会通知RM回滚该分布式事务,可能回滚完成后,RPC 请求才到达参与者真正执行,而一个 Try 方法预留的业务资源,只有该分布式事务才能使用,该分布式事务第一阶段预留的业务资源就再也没有人能够处理了,对于这种情况,我们就称为悬挂,即业务资源预留后没法继续处理。

解决思路是如果二阶段执行完成,那一阶段就不能再继续执行。在执行一阶段事务时判断在该全局事务下,“分支事务记录”表中是否已经有二阶段事务记录,如果有则不执行Try。 

举例,场景为 A 转账 30 元给 B,A和B账户在不同的服务。

方案1: 

账户A

try:
      检查余额是否够30元 
      扣减30元 
confirm: 
     空 
cancel:
    增加30元

 

账户B

try:   
   增加30元 
confirm:    
   空 
cancel:   
   减少30元

 

方案1说明:

1)账户A,这里的余额就是所谓的业务资源,按照前面提到的原则,在第一阶段需要检查并预留业务资源,因此,我们在扣钱 TCC 资源的 Try 接口里先检查 A 账户余额是否足够,如果足够则扣除 30 元。 Confifirm 接口表示正式提交,由于业务资源已经在 Try 接口里扣除掉了,那么在第二阶段的 Confifirm 接口里可以什么都不用做。Cancel接口的执行表示整个事务回滚,账户A回滚则需要把 Try 接口里扣除掉的 30 元还给账户。

2)账号B,在第一阶段 Try 接口里实现给账户B加钱,Cancel 接口的执行表示整个事务回滚,账户B回滚则需要把Try 接口里加的 30 元再减去。 

方案1的问题分析: 

  1. 如果账户A的try没有执行在cancel则就多加了30元。
  2. 由于try,cancel、confifirm都是由单独的线程去调用,且会出现重复调用,所以都需要实现幂等。
  3. 账号B在try中增加30元,当try执行完成后可能会其它线程给消费了。
  4. 如果账户B的try没有执行在cancel则就多减了30元。 

问题解决: 

  1. 账户A的cancel方法需要判断try方法是否执行,正常执行try后方可执行cancel。
  2. try,cancel、confifirm方法实现幂等。
  3. 账号B在try方法中不允许更新账户金额,在confifirm中更新账户金额。
  4. 账户B的cancel方法需要判断try方法是否执行,正常执行try后方可执行cancel。

优化方案: 

账户A

try:   
   try幂等校验    
   try悬挂处理    
   检查余额是否够30元    
   扣减30元 
confirm:    
   空 
cancel:   
   cancel幂等校验    
   cancel空回滚处理    
   增加可用余额30元

 

账户B

try:   
   空 
confirm:    
   confirm幂等校验    
   正式增加30元 
cancel:   
   空

 

最后

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