微服务架构(4)——分布式事务

目录：

1、什么是分布式事务
2、分布式事务解决方案
3、集成seata
4、seata原理

什么是分布式事务

在服务拆分之后，完成某一个功能可能需要横跨多个服务，操作多个数据库。
之前操作单一的数据库，只需要保证在这个数据库中执行的操作要么一起成功，要么一起失败。这种事务叫做本地事务。
而操作多个数据库，要保证多个数据库里的操作一起成功或失败的事务就是分布式事务。

上图中有库存服务和订单服务，库存服务和订单服务都有自己单独的数据库。
在一个下单操作中，需要先调用库存服务减去相应的库存，然后再调用订单服务添加一笔订单。
在正常情况下库存正常扣减了，订单也正常插入了，这时两个库的数据是一致的。
但是在非正常情况下，有可能库存扣减了，但在订单服务进行订单插入的时候，因为数据库宕机或者订单服务宕机等其它因素，导致订单插入失败了。这个时候两个库的数据就 不一致了。明明库存减少了，但是却没有对应的订单信息。
分布式事务就是用来保证多个数据源直接数据的一致性。

分布式事务解决方案

1 两阶段提交（2PC）

在两阶段提交中，存在两个角色，事务协调者和事务参与者。

第一阶段：

在这一阶段中，事务协调者先发送Prepare消息给各个事务参与者，事务参与者先在自己本地执行相关的数据库操作，但是不进行提交。
执行成功了就给事务协调者返回yes，执行失败者返回no。

第二阶段：

第二阶段事务协调者会根据第一个阶段，各个事务参与者返回的信息来决定发送commit还是abort。
要是第一个阶段所有的事务参与者都是返回的yes，那么这时事务协调者就会发送commit的消息给事务参与者，告诉他们可以进行提交操作了。
事务参与者提交完成后就返回ack，告诉事务协调者已经提交完成。整个分布式事务玩成。
要是第一阶段有任何一个事务参与者返回的是no，那么这时事务协调者就会发送abort的消息给所有事务参与者，告诉他们本次执行不成功，需要进行回滚。
各个事务参与者就对第一阶段执行的操作进行回滚，然后返回ack消息。

存在的问题

1、性能问题：在事务协调者发送Prepare消息后，事务参与者会执行相关的数据库操作，但是不提交。这个时候对应的数据就被锁定了，其它的请求是无法操作这个数据，只有等事务协调者发送commit或者abort消息后，事务参与者提交或者回滚事务才能释放这个锁。

2、单点问题：要是在事务协调者发送Prepare后，事务协调者就宕机了。参与者一直无法接收到commit或者abort消息，事务就一直无法提交，导致资源一直被锁定。

3、数据不一致问题：事务协调者发送的commit消息，由于网络等一些原因，导致部分参与者收到了commit消息提交了事务，而另一部分没有收到没有进行事务提交，导致数据不一致。

2 补偿事务（TCC）

TCC事务是Try、Commit、Cancel三种指令的缩写，其逻辑模式类似于2PC两阶段提交，但是实现方式是在代码层面人为实现的。

第一阶段

在try这个阶段中，主要用于系统做检测和锁定资源。主业务逻辑会先去调用库存服务和订单服务的try接口，这个接口需要库存服务和订单服务提供。
比如说正常的逻辑是库存服务商品数量减1，订单服务插入一条订单。
而现在try接口里面的逻辑不是直接把商品数量减1，而是添加一个字段叫做锁定商品数量。把需要减去的商品数量存储在这个字段。
订单服务也不是直接插入一条订单数据，而是插入一条状态为未支付的数据。

第二阶段

在commit这个阶段,就是真正执行业务操作。commit接口的逻辑就是把之前库存服务锁定数量字段修改为原来的0，订单服务将订单状态修改为已支付状态。这样就完成了一个下单的操作。

第三阶段

在cancel阶段中主要是对之前的操作进行还原，比如说在commit这个阶段中，订单服务commit失败了。那么这个时候数据就 不一致了。这时就需要对数据进行还原。需要对库存服务的锁定数量字段的数据还原回商品数据的字段，订单服务插入的为完成状态的订单数据也需要删除。

存在的问题

1、数据不一致问题：还是无法完全解决数据不一致的问题，因为在commit阶段和cancel阶段还是可能存在失败的问题，最终导致数据不一致。
2、实现起来比较复杂，需要针对不同的操作写对应的 try、commit、cancel的代码。

3 可靠消息最终一致性

这个方案主要是借助MQ来实现消息的最终一致性。
1、库存服务先给MQ发送一条prepared，这时如果发送失败了就取消后面的的操作，返回下单失败。
2、发送成功了的话，就执行本地扣减库存的操作，扣减成功了就发送一条确认消息给MQ，失败的话就发送回滚消息。
3、MQ收到了确认消息，那么就会被订单服务给消费到，订单服务就可以执行插入订单的逻辑。

在2步骤中，有可能MQ会因为网络的原因没有收到库存服务发送的确认消息，MQ会轮询prepared状态的消息，去库存服务确认这个消息是否需要回滚或是提交，库存服务查询到这个商品已经扣减了就进行提交，没有扣减就进行回滚。

在3步骤中，如果订单服务插入订单失败，那就进行重试。重试多次后还是不行，可以设置消息提醒，进行人工干预。

存在的问题

数据只是最终一致，有可能下完单后，立刻去查订单，发现不存在订单。要过一会儿才能查询得到。

集成seata

在项目里集成seata来解决分布式事务问题。

1、部署seata server

我这边是通过docker 来进行部署的。
先通过命令
docker pull seataio/seata-server
来拉取seata-server镜像。
然后通过命令
docker run -d --name seata-server -p 8091:8091 -e SEATA_IP=124.77.18.18 -e STORE_MODE=file seataio/seata-server
启动seata server。
最后我们通过 docker ps 看到 seata server已经启动成功了。

2、添加seata

在项目的pom文件里添加seata依赖。

 <dependency>
     <groupId>com.alibaba.cloud</groupId>
     <artifactId>spring-cloud-starter-alibaba-seata</artifactId>
 </dependency>

在dubboclient和dubboserver里面都需要添加。

这里需要注意一下Spring Cloud、Spring Cloud Alibaba和 Spring Boot之间版本的对应关系，可以参照 版本说明 进行选择搭配。

3、添加seata配置文件

需要将seata的配置文件file.config和registry.conf，放到resource目录下面。
这两个配置文件直接从github里面拿。dubboclient和dubboserver都需要添加。

4、修改配置文件

在dubboclient和dubboserver的application.proproperties配置文件里面分别加上下面两行配置

// seata事务组名称，与file.config 里面 vgroupMapping 一致
spring.cloud.alibaba.seata.tx-service-group=dubbo-server-seata-tx-service-group
//seata server 部署地址
seata.service.grouplist.service.default = 12.7.1.1:8091

修改dubboclient和dubboserver的file.config文件。

service {
  #transaction service group mapping
  vgroupMapping.dubbo-client-seata-tx-service-group = "default"
  #only support when registry.type=file, please don't set multiple addresses
  default.grouplist = "12.7.1.1:8091"
  #degrade, current not support
  enableDegrade = false
  #disable seata
  disableGlobalTransaction = false
}

把vgroupMapping后面的那一串字符改成，application.proproperties里面配置的事务组名称。

dubboclient配置：


dubboserver配置：

5、创建UNDO_LOG 表

需要创建回滚日志表来记录回滚的日志，用于分布式事务提交失败时，回滚相关数据。
需要在所有涉及到分布式事务的库中创建这个表。

CREATE TABLE `undo_log` (
  `id` bigint(20) NOT NULL AUTO_INCREMENT,
  `branch_id` bigint(20) NOT NULL,
  `xid` varchar(100) NOT NULL,
  `context` varchar(128) NOT NULL,
  `rollback_info` longblob NOT NULL,
  `log_status` int(11) NOT NULL,
  `log_created` datetime NOT NULL,
  `log_modified` datetime NOT NULL,
  PRIMARY KEY (`id`),
  UNIQUE KEY `ux_undo_log` (`xid`,`branch_id`)
) ENGINE=InnoDB AUTO_INCREMENT=1 DEFAULT CHARSET=utf8;

6、使用

上述步骤都做完了之后，就只需要在涉及分布式事务的方法里面加上@GlobalTransactional注解，就能解决分布式事务的问题了。

seata原理

Seata框架中一个分布式事务包含3中角色：

Transaction Coordinator (TC)： 事务协调器，维护全局事务的运行状态，负责协调并驱动全局事务的提交或回滚。
Transaction Manager ™： 控制全局事务的边界，负责开启一个全局事务，并最终发起全局提交或全局回滚的决议。
Resource Manager (RM)： 控制分支事务，负责分支注册、状态汇报，并接收事务协调器的指令，驱动分支（本地）事务的提交和回滚。

TC也就是我们部署的seata server这个服务。
TM和RM的实现逻辑就是在我们项目中引入的seata的这个依赖包里面。

分布式事务在Seata中的执行流程：
1、TM 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、XID 在微服务调用链路的上下文中传播。
3、RM 向 TC 注册分支事务，接着执行这个分支事务并提交（重点：RM在第一阶段就已经执行了本地事务的提交/回滚），最后将执行结果汇报给TC。
4、TM 根据 TC 中所有的分支事务的执行情况，发起全局提交或回滚决议。
5、TC 调度 XID 下管辖的全部分支事务完成提交或回滚请求。

上述流程结合我们的项目来理解就是

1、当看到方法中加了@GlobalTransactional注解时，表明涉及到分布式事务，这时TM就会发送一个请求到TC申请一个全局唯一的XID。
2、在调用订单服务的时候，会带上这个XID。
3、在订单服务执行添加订单数据操作的时候，RM就会向TC注册分支事务，并且会生成一条回滚的日志，比如这里是添加一条订单数据，那么生成的回滚日志就是删除一条订单数据。然后把添加一条订单的操作和保存回滚日志到undo_log里面的操作都在一个事务里提交。这里就会一起成功或者一起失败。最终会把成功或者失败的结果返回给TC。
4、TM要是在TC中得到的是所有分支事务都执行成功，也就是说库存服务扣减库存成功，订单服务增加订单也成功，那么就发起提交。
要是有一个事务执行失败，则发起回滚。
5、TC根据发起的提交或是回滚命令来决定分支事务是否执行回滚的操作，就是执行存储在undo_log里面的回滚命令。