分布式一致性算法之2PC

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本篇介绍分布式一致性算法:两阶段提交(2PC)

二阶段提交的算法思路可以概括为:参与者将操作成败通知协调者,再由协调者根据所有参与者的反馈情报决定各参与者是否要提交操作还是中止操作。2PC就是用来解决分布式事务的原子性问题。所谓的两个阶段是指:第一阶段:准备阶段(投票阶段)和第二阶段:提交阶段(执行阶段)。其过程为:

第一阶段:准备阶段

事务协调者(事务管理器)给每个参与者(资源管理器)发送Prepare消息,每个参与者要么直接返回失败(如权限验证失败),要么在本地执行事务,写本地的redo和undo日志,但不提交,然后向协调者反馈YES,NO。
其具体过程:
协调者节点向所有参与者节点询问是否可以执行提交操作(vote),并开始等待各参与者节点的响应。
参与者节点执行询问发起为止的所有事务操作,并将Undo信息和Redo信息写入日志。(注意:若成功这里其实每个参与者已经执行了事务操作)
各参与者节点响应协调者节点发起的询问。如果参与者节点的事务操作实际执行成功,则它返回一个”同意”消息;如果参与者节点的事务操作实际执行失败,则它返回一个”中止”消息。

第二阶段:提交阶段

如果协调者收到了参与者的失败消息或者超时,直接给每个参与者发送回滚(Rollback)消息;否则,发送提交(Commit)消息;参与者根据协调者的指令执行提交或者回滚操作,释放所有事务处理过程中使用的锁资源。(注意:必须在最后阶段释放锁资源)。
注意:在2PC中,当等待超时,会进行回滚操作。

提交阶段可以分两种情况进行讨论:

当协调者节点从所有参与者节点获得的相应消息都为”同意”时:

分布式一致性算法之2PC_第1张图片

1)协调者节点向所有参与者节点发出”正式提交(commit)”的请求。

2)参与者节点正式完成操作,并释放在整个事务期间内占用的资源。

3)参与者节点向协调者节点发送”完成”消息。

4)协调者节点受到所有参与者节点反馈的”完成”消息后,完成事务。

如果任一参与者节点在第一阶段返回的响应消息为”中止”,或者 协调者节点在第一阶段的询问超时之前无法获取所有参与者节点的响应消息时:

分布式一致性算法之2PC_第2张图片

1)协调者节点向所有参与者节点发出”回滚操作(rollback)”的请求。

2)参与者节点利用之前写入的Undo信息执行回滚,并释放在整个事务期间内占用的资源。

3)参与者节点向协调者节点发送”回滚完成”消息。

4)协调者节点受到所有参与者节点反馈的”回滚完成”消息后,取消事务。

不管最后结果如何,第二阶段都会结束当前事务。

2PC的优缺点
优点:2PC的优点是很显然的,原理简单,实现方便。目前,绝大多数关系型数据库都是采用两阶段提交协议来完成分布式事务处理的。(也就是上边的2pc过程应用于关系型数据库的分布式事务)

缺点:2PC的缺点也很致命:同步阻塞,单点问题,数据不一致,太过保守
1、同步阻塞问题。执行过程中,所有参与节点都是事务阻塞型的。当参与者占有公共资源时,其他第三方节点访问公共资源不得不处于阻塞状态,各个参与者在等待协调者发出提交或中断请求时,会一直阻塞,而协调者的发出时间要依赖于所有参与者的响应时间,如果协调者宕机了(单点),那么他就一直阻塞在这,而且无法达成一致(3PC引入了超时提交解决)。
2、单点故障。由于协调者的重要性,一旦协调者发生故障。参与者会一直阻塞下去。尤其在第二阶段,协调者发生故障,那么所有的参与者还都处于锁定事务资源的状态中,而无法继续完成事务操作。(如果是协调者挂掉,可以重新选举一个协调者,但是无法解决因为协调者宕机导致的参与者处于阻塞状态的问题)
3、数据不一致。出现分区,或者网络故障。在二阶段提交的阶段二中,当协调者向参与者发送commit请求之后,发生了局部网络异常或者在发送commit请求过程中协调者发生了故障,这回导致只有一部分参与者接受到了commit请求。而在这部分参与者接到commit请求之后就会执行commit操作。但是其他部分未接到commit请求的机器则无法执行事务提交。于是整个分布式系统便出现了数据部一致性的现象。
4、太过保守:2pc没有设计相应的容错机制,当任意一个参与者节点宕机,那么协调者超时没收到响应,就会导致整个事务回滚失败。
5、二阶段无法解决的问题:协调者(在第二阶段)发出commit消息之后宕机,而唯一接收到这条消息的参与者同时也宕机了。那么即使协调者通过选举协议产生了新的协调者,这条事务的状态也是不确定的,没人知道事务是否被已经提交。

 

 

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