分布式一致性协议2PC与3PC

为了解决分布式一致性问题，涌现出了一大批经典的分布式一致性算法，其中最著名的就是2PC、3PC和Paxos。本文将介绍其中的2PC和3PC。2PC即Two-Phase Commit，译为二阶段提交协议。3PC即Three-Phase Commit，译为三阶段提交协议。

2PC

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。

阶段1：准备阶段
1、协调者向所有参与者发送事务内容，询问是否可以提交事务，并等待所有参与者答复。
2、各参与者执行事务操作，将Undo和Redo信息记入事务日志中（但不提交事务）。
3、如参与者执行成功，给协调者反馈YES，即可以提交；如执行失败，给协调者反馈NO，即不可提交。

阶段2：提交阶段
此阶段分两种情况：所有参与者均反馈YES、或任何一个参与者反馈NO。所有参与者均反馈YES时，即提交事务。任何一个参与者反馈NO时，即中断事务。

提交事务：（所有参与者均反馈YES）
1、协调者向所有参与者发出正式提交事务的请求（即Commit请求）。
2、参与者执行Commit请求，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）
1、协调者向所有参与者发出回滚请求（即Rollback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。

2PC的缺点：
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、数据不一致问题：在阶段二中，当协调者向所有的参与者发送 commit 请求后，发生了网络异常导致协调者在尚未发完 commit 请求之前崩溃，可能会导致只有部分的参与者接收到 commit 请求，剩下没收到 commit 请求的参与者将无法提交事务，也就可能导致数据不一致的问题。

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。

3PC的优点和缺点
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。

缺点：数据不一致问题依然存在，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。