分布式事务解决方案之2PC(两阶段提交)入门简介

1. 什么是2PC?
         2PC即两阶段提交协议，是将整个事务流程分为两个阶段，准备阶段（Prepare phase）、提交阶段（commit
   phase），2是指两个阶段，P是指准备阶段，C是指提交阶段。
         举例：张三和李四好久不见，老友约起聚餐，饭店老板要求先买单，才能出票。这时张三和李四分别抱怨近况不如
   意，囊中羞涩，都不愿意请客，这时只能AA。只有张三和李四都付款，老板才能出票安排就餐。但由于张三和李四
   都是铁公鸡，形成了尴尬的一幕：
   准备阶段：老板要求张三付款，张三付款。老板要求李四付款，李四付款。
   提交阶段：老板出票，两人拿票纷纷落座就餐。
   例子中形成了一个事务，若张三或李四其中一人拒绝付款，或钱不够，店老板都不会给出票，并且会把已收款退回。
   整个事务过程由事务管理器和参与者组成，店老板就是事务管理器，张三、李四就是事务参与者，事务管理器负责
   决策整个分布式事务的提交和回滚，事务参与者负责自己本地事务的提交和回滚。
   在计算机中部分关系数据库如Oracle、MySQL支持两阶段提交协议，如下图：
   1) 准备阶段（Prepare phase）：事务管理器给每个参与者发送Prepare消息，每个数据库参与者在本地执行事
   务，并写本地的Undo/Redo日志，此时事务没有提交。
   （Undo日志是记录修改前的数据，用于数据库回滚，Redo日志是记录修改后的数据，用于提交事务后写入数
   据文件）
   2) 提交阶段（commit phase）：如果事务管理器收到了参与者的执行失败或者超时消息时，直接给每个参与者
   发送回滚(Rollback)消息；否则，发送提交(Commit)消息；参与者根据事务管理器的指令执行提交或者回滚操
   作，并释放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。
   下图展示了2PC的两个阶段，分成功和失败两个情况说明：
   成功情况：
   
    失败情况：
   
2. 解决方案之XA方案
   2PC的传统方案是在数据库层面实现的，如Oracle、MySQL都支持2PC协议，为了统一标准减少行业内不必要的对
   接成本，需要制定标准化的处理模型及接口标准，国际开放标准组织Open Group定义了分布式事务处理模型
   DTP（Distributed Transaction Processing Reference Model）。
   为了让大家更明确XA方案的内容程，下面新用户注册送积分为例来说明：
   
   执行流程如下：
   1) 应用程序（AP）持有用户库和积分库两个数据源。
   2) 应用程序（AP）通过TM通知用户库RM新增用户，同时通知积分库RM为该用户新增积分，RM此时并未提交事务，
       此时用户和积分资源锁定。
   3) TM收到执行回复，只要有一方失败则分别向其他RM发起回滚事务，回滚完毕，资源锁释放。
   4) TM收到执行回复，全部成功，此时向所有RM发起提交事务，提交完毕，资源锁释放。
   DTP模型定义如下角色：
       AP(Application Program)：即应用程序，可以理解为使用DTP分布式事务的程序。
   RM(Resource Manager)：即资源管理器，可以理解为事务的参与者，一般情况下是指一个数据库实例，通过
   资源管理器对该数据库进行控制，资源管理器控制着分支事务。
   TM(Transaction Manager)：事务管理器，负责协调和管理事务，事务管理器控制着全局事务，管理事务生命
   周期，并协调各个RM。全局事务是指分布式事务处理环境中，需要操作多个数据库共同完成一个工作，这个
   工作即是一个全局事务。
   DTP模型定义TM和RM之间通讯的接口规范叫XA，简单理解为数据库提供的2PC接口协议，基于数据库的XA
   协议来实现2PC又称为XA方案。
   以上三个角色之间的交互方式如下：
   1）TM向AP提供 应用程序编程接口，AP通过TM提交及回滚事务。
   2）TM交易中间件通过XA接口来通知RM数据库事务的开始、结束以及提交、回滚等。
   总结：
   整个2PC的事务流程涉及到三个角色AP、RM、TM。AP指的是使用2PC分布式事务的应用程序；RM指的是资
   源管理器，它控制着分支事务；TM指的是事务管理器，它控制着整个全局事务。
   1）在准备阶段RM执行实际的业务操作，但不提交事务，资源锁定；
   2）在提交阶段TM会接受RM在准备阶段的执行回复，只要有任一个RM执行失败，TM会通知所有RM执行回滚操
   作，否则，TM将会通知所有RM提交该事务。提交阶段结束资源锁释放。
   XA方案的问题：
   1、需要本地数据库支持XA协议。
   2、资源锁需要等到两个阶段结束才释放，性能较差。
3. 解决方案之Seata方案
   Seata是由阿里中间件团队发起的开源项目 Fescar，后更名为Seata，它是一个是开源的分布式事务框架。
   传统2PC的问题在Seata中得到了解决，它通过对本地关系数据库的分支事务的协调来驱动完成全局事务，是工作
   在应用层的中间件。主要优点是性能较好，且不长时间占用连接资源，它以高效并且对业务0侵入的方式解决微服
   务场景下面临的分布式事务问题，它目前提供AT模式(即2PC)及TCC模式的分布式事务解决方案。
   Seata的设计思想如下：
       Seata的设计目标其一是对业务无侵入，因此从业务无侵入的2PC方案着手，在传统2PC的基础上演进，并解决
   2PC方案面临的问题。
   Seata把一个分布式事务理解成一个包含了若干分支事务的全局事务。全局事务的职责是协调其下管辖的分支事务
   达成一致，要么一起成功提交，要么一起失败回滚。此外，通常分支事务本身就是一个关系数据库的本地事务，下
   图是全局事务与分支事务的关系图：
   
   与 传统2PC 的模型类似，Seata定义了3个组件来协议分布式事务的处理过程：

   Transaction Coordinator (TC)：
           事务协调器，它是独立的中间件，需要独立部署运行，它维护全局事务的运
   行状态，接收TM指令发起全局事务的提交与回滚，负责与RM通信协调各各分支事务的提交或回滚。
   Transaction Manager (TM)：
          事务管理器，TM需要嵌入应用程序中工作，它负责开启一个全局事务，并最终
   向TC发起全局提交或全局回滚的指令。
   Resource Manager (RM)：
          控制分支事务，负责分支注册、状态汇报，并接收事务协调器TC的指令，驱动分
   支（本地）事务的提交和回滚。

   还拿新用户注册送积分举例Seata的分布式事务过程：
   
    

   具体的执行流程如下：
   1. 用户服务的 TM(谁发起的TM就在哪个服务这边) 向 TC 申请开启一个全局事务，全局事务创建成功并生成一个全局唯一的XID。
   2. 用户服务的 RM 向 TC 注册 分支事务，该分支事务在用户服务执行新增用户逻辑，并将其纳入 XID 对应全局
   事务的管辖。
   3. 用户服务执行分支事务，向用户表插入一条记录。
   4. 逻辑执行到远程调用积分服务时(XID 在微服务调用链路的上下文中传播)。积分服务的RM 向 TC 注册分支事
   务，该分支事务执行增加积分的逻辑，并将其纳入 XID 对应全局事务的管辖。
   5. 积分服务执行分支事务，向积分记录表插入一条记录，执行完毕后，返回用户服务。
   6. 用户服务分支事务执行完毕。
   7. TM 向 TC 发起针对 XID 的全局提交或回滚决议。
   8. TC 调度 XID 下管辖的全部分支事务完成提交或回滚请求。

   Seata实现2PC与传统2PC的差别：
   架构层次方面，传统2PC方案的 RM 实际上是在数据库层，RM 本质上就是数据库自身，通过 XA 协议实现，而
   Seata的 RM 是以jar包的形式作为中间件层部署在应用程序这一侧的。
   两阶段提交方面，传统2PC无论第二阶段的决议是commit还是rollback，事务性资源的锁都要保持到Phase2完成
   才释放。而Seata的做法是在Phase1 就将本地事务提交，这样就可以省去Phase2持锁的时间，整体提高效率。