SpringCloud Alibaba -- Seata

分布式事务

介绍

在日常开发过程中，事务是必不可要处理的，在原本的单体环境中很简单的实现，用spring的事务控制器，将其控制在一个事务中；但是在分布式环境中，我们常常需要调用其他的服务，比如我订单中心下单后，需要扣减库存中心的库存，但是是分布式环境中，不好控制在一个事务中；所以分布式的开发有好有坏的地方；

总结：一次业务操作需要跨多个数据源或需要跨多个系统进行远程调用，就会产生分布式事务问题

处理方法

一、两阶段提交（2PC）

两阶段提交这种解决方案属

1. 第一阶段（投票阶段）：

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。

2. 第二阶段（提交执行阶段）：

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：

协调者节点向所有参与者节点发出”正式提交(commit)”的请求。
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。
参与者节点向协调者节点发送”完成”消息。
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：

协调者节点向所有参与者节点发出”回滚操作(rollback)”的请求。
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。
参与者节点向协调者节点发送”回滚完成”消息。
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。

二、补偿事务（TCC）

TCC 其实就是采用的补偿机制，其核心思想是：针对每个操作，都要注册一个与其对应的确认和补偿（撤销）操作。它分为三个阶段：

Try 阶段主要是对业务系统做检测及资源预留

Confirm 阶段主要是对业务系统做确认提交，Try阶段执行成功并开始执行 Confirm阶段时，默认 Confirm阶段是不会出错的。即：只要Try成功，Confirm一定成功。

Cancel 阶段主要是在业务执行错误，需要回滚的状态下执行的业务取消，预留资源释放。

举个例子，假入 Bob 要向 Smith 转账，思路大概是：
我们有一个本地方法，里面依次调用
1、首先在 Try 阶段，要先调用远程接口把 Smith 和 Bob 的钱给冻结起来。
2、在 Confirm 阶段，执行远程调用的转账的操作，转账成功进行解冻。
3、如果第2步执行成功，那么转账成功，如果第二步执行失败，则调用远程冻结接口对应的解冻方法 (Cancel)。

优点： 跟2PC比起来，实现以及流程相对简单了一些，但数据的一致性比2PC也要差一些

缺点： 缺点还是比较明显的，在2,3步中都有可能失败。TCC属于应用层的一种补偿方式，所以需要程序员在实现的时候多写很多补偿的代码，在一些场景中，一些业务流程可能用TCC不太好定义及处理。

三、本地消息表（异步确保）

本地消息表这种实现方式应该是业界使用最多的，其核心思想是将分布式事务拆分成本地事务进行处理，这种思路是来源于ebay。我们可以从下面的流程图中看出其中的一些细节：

基本思路就是：

消息生产方，需要额外建一个消息表，并记录消息发送状态。消息表和业务数据要在一个事务里提交，也就是说他们要在一个数据库里面。然后消息会经过MQ发送到消息的消费方。如果消息发送失败，会进行重试发送。

消息消费方，需要处理这个消息，并完成自己的业务逻辑。此时如果本地事务处理成功，表明已经处理成功了，如果处理失败，那么就会重试执行。如果是业务上面的失败，可以给生产方发送一个业务补偿消息，通知生产方进行回滚等操作。

生产方和消费方定时扫描本地消息表，把还没处理完成的消息或者失败的消息再发送一遍。如果有靠谱的自动对账补账逻辑，这种方案还是非常实用的。

这种方案遵循BASE理论，采用的是最终一致性，笔者认为是这几种方案里面比较适合实际业务场景的，即不会出现像2PC那样复杂的实现(当调用链很长的时候，2PC的可用性是非常低的)，也不会像TCC那样可能出现确认或者回滚不了的情况。

优点： 一种非常经典的实现，避免了分布式事务，实现了最终一致性。在 .NET中 有现成的解决方案。

缺点： 消息表会耦合到业务系统中，如果没有封装好的解决方案，会有很多杂活需要处理。

四、MQ 事务消息

有一些第三方的MQ是支持事务消息的，比如RocketMQ，他们支持事务消息的方式也是类似于采用的二阶段提交，但是市面上一些主流的MQ都是不支持事务消息的，比如 RabbitMQ 和 Kafka 都不支持。

以阿里的 RocketMQ 中间件为例，其思路大致为：

第一阶段Prepared消息，会拿到消息的地址。
第二阶段执行本地事务，第三阶段通过第一阶段拿到的地址去访问消息，并修改状态。

也就是说在业务方法内要想消息队列提交两次请求，一次发送消息和一次确认消息。如果确认消息发送失败了RocketMQ会定期扫描消息集群中的事务消息，这时候发现了Prepared消息，它会向消息发送者确认，所以生产方需要实现一个check接口，RocketMQ会根据发送端设置的策略来决定是回滚还是继续发送确认消息。这样就保证了消息发送与本地事务同时成功或同时失败。

遗憾的是，RocketMQ并没有 .NET 客户端。有关 RocketMQ的更多消息，大家可以查看这篇博客

优点： 实现了最终一致性，不需要依赖本地数据库事务。

缺点： 实现难度大，主流MQ不支持，没有.NET客户端，RocketMQ事务消息部分代码也未开源。

五、Sagas 事务模型

Saga事务模型又叫做长时间运行的事务（Long-running-transaction）, 它是由普林斯顿大学的H.Garcia-Molina等人提出，它描述的是另外一种在没有两阶段提交的的情况下解决分布式系统中复杂的业务事务问题。你可以在这里看到 Sagas 相关论文。

我们这里说的是一种基于 Sagas 机制的工作流事务模型，这个模型的相关理论目前来说还是比较新的，以至于百度上几乎没有什么相关资料。

该模型其核心思想就是拆分分布式系统中的长事务为多个短事务，或者叫多个本地事务，然后由 Sagas 工作流引擎负责协调，如果整个流程正常结束，那么就算是业务成功完成，如果在这过程中实现失败，那么Sagas工作流引擎就会以相反的顺序调用补偿操作，重新进行业务回滚。

比如我们一次关于购买旅游套餐业务操作涉及到三个操作，他们分别是预定车辆，预定宾馆，预定机票，他们分别属于三个不同的远程接口。可能从我们程序的角度来说他们不属于一个事务，但是从业务角度来说是属于同一个事务的。

他们的执行顺序如上图所示，所以当发生失败时，会依次进行取消的补偿操作。

因为长事务被拆分了很多个业务流，所以 Sagas 事务模型最重要的一个部件就是工作流或者你也可以叫流程管理器（Process Manager），工作流引擎和Process Manager虽然不是同一个东西，但是在这里，他们的职责是相同的

Seata

Seata是一款开源的分布式事务解决方案，致力于在微服务架构下提供高性能和简单易用的分布式事务服务

下载

alibab的组件一个比较不错的共同点就是大部分基本上都已经成为有安装包，安装比较方便
下载地址官网 steata
本次只是学习使用，所以选择了简单的windows环境，根据自己电脑情况选择下载

结构组成

seata是1+3的组成，由这四个来组成

XID - Transaction ID
全局唯一的事务ID

TC - 事务协调者（Transaction Coordinato）
维护全局和分支事务的状态，驱动全局事务提交或回滚。

TM - 事务管理器（Transaction Manager）
定义全局事务的范围：开始全局事务、提交或回滚全局事务。

RM - 资源管理器（Resource Manage）
管理分支事务处理的资源，与TC交谈以注册分支事务和报告分支事务的状态，并驱动分支事务提交或回滚。

实现流程

1. TM向TC申请了一个全局事务，全局事务创建成功并生成全局唯一的XID
2. XID在微服务调用链路的上下文中传播
3. RM向TC注册事务分支，将其纳入XID对应的全局提交或回滚
4. TM向TC发起针对XID的全局提交或回滚
5. TC调度XID下管辖的全局分支事务完成提交或回滚请求

使用

我们只需要使用一个 @GlobalTransactional 注解在业务方法上:

  @GlobalTransactional
    public void purchase(String userId, String commodityCode, int orderCount) {
        ......
    }

seata的使用很简单，但是底层的使用就很复杂；
官网学习地址

Seata的使用案例

Seata-Server安装

1、修改file.conf

主要修改：自定义事务组名称+事务日志存储模式为db+数据连接信息（ps：记得备份file.conf）

service模块

store模块

2、数据库初始化

新建数据库seata，执行初始表sql位置：/seata/conf/db_store.sql

如果没有的话可以使用

-- the table to store GlobalSession data
drop table if exists `global_table`;
create table `global_table` (
  `xid` varchar(128)  not null,
  `transaction_id` bigint,
  `status` tinyint not null,
  `application_id` varchar(32),
  `transaction_service_group` varchar(32),
  `transaction_name` varchar(128),
  `timeout` int,
  `begin_time` bigint,
  `application_data` varchar(2000),
  `gmt_create` datetime,
  `gmt_modified` datetime,
  primary key (`xid`),
  key `idx_gmt_modified_status` (`gmt_modified`, `status`),
  key `idx_transaction_id` (`transaction_id`)
);
 
-- the table to store BranchSession data
drop table if exists `branch_table`;
create table `branch_table` (
  `branch_id` bigint not null,
  `xid` varchar(128) not null,
  `transaction_id` bigint ,
  `resource_group_id` varchar(32),
  `resource_id` varchar(256) ,
  `lock_key` varchar(128) ,
  `branch_type` varchar(8) ,
  `status` tinyint,
  `client_id` varchar(64),
  `application_data` varchar(2000),
  `gmt_create` datetime,
  `gmt_modified` datetime,
  primary key (`branch_id`),
  key `idx_xid` (`xid`)
);
 
-- the table to store lock data
drop table if exists `lock_table`;
create table `lock_table` (
  `row_key` varchar(128) not null,
  `xid` varchar(96),
  `transaction_id` long ,
  `branch_id` long,
  `resource_id` varchar(256) ,
  `table_name` varchar(32) ,
  `pk` varchar(36) ,
  `gmt_create` datetime ,
  `gmt_modified` datetime,
  primary key(`row_key`)
);
 

3、修改registry.conf

这里可以根据情况来选择注册中心，本次案例使用的是nacos

4、分别启动Nacos、seata-server

数据库初始化

①seata_order：存储订单数据库；

②seata_storage：存储库存数据；

③seata_account：存储账户信息数据库；

1、建立对应3个数据库与对应的回滚日志表

sql语句
seata_order库下建t_order表

CREATE TABLE t_order(
    `id` BIGINT(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT PRIMARY KEY,
    `user_id` BIGINT(11) DEFAULT NULL COMMENT '用户id',
    `product_id` BIGINT(11) DEFAULT NULL COMMENT '产品id',
    `count` INT(11) DEFAULT NULL COMMENT '数量',
    `money` DECIMAL(11,0) DEFAULT NULL COMMENT '金额',
    `status` INT(1) DEFAULT NULL COMMENT '订单状态：0：创建中; 1：已完结'
) ENGINE=INNODB AUTO_INCREMENT=7 DEFAULT CHARSET=utf8;
 
SELECT * FROM t_order;

seata_storage库下建t_storage表

CREATE TABLE t_storage(
    `id` BIGINT(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT PRIMARY KEY,
    `product_id` BIGINT(11) DEFAULT NULL COMMENT '产品id',
   `'total` INT(11) DEFAULT NULL COMMENT '总库存',
    `used` INT(11) DEFAULT NULL COMMENT '已用库存',
    `residue` INT(11) DEFAULT NULL COMMENT '剩余库存'
) ENGINE=INNODB AUTO_INCREMENT=2 DEFAULT CHARSET=utf8;
 
INSERT INTO seata_storage.t_storage(`id`,`product_id`,`total`,`used`,`residue`)
VALUES('1','1','100','0','100');
 
 
SELECT * FROM t_storage;

seata_account库下建t_account表

CREATE TABLE t_account(
    `id` BIGINT(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT PRIMARY KEY COMMENT 'id',
    `user_id` BIGINT(11) DEFAULT NULL COMMENT '用户id',
    `total` DECIMAL(10,0) DEFAULT NULL COMMENT '总额度',
    `used` DECIMAL(10,0) DEFAULT NULL COMMENT '已用余额',
    `residue` DECIMAL(10,0) DEFAULT '0' COMMENT '剩余可用额度'
) ENGINE=INNODB AUTO_INCREMENT=2 DEFAULT CHARSET=utf8;
 
INSERT INTO seata_account.t_account(`id`,`user_id`,`total`,`used`,`residue`) VALUES('1','1','1000','0','1000')
 
 
 
SELECT * FROM t_account;

三个数据表对应的回滚日志表

drop table `undo_log`;
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,
  `ext` varchar(100) DEFAULT NULL,
  PRIMARY KEY (`id`),
  UNIQUE KEY `ux_undo_log` (`xid`,`branch_id`)
) ENGINE=InnoDB AUTO_INCREMENT=1 DEFAULT CHARSET=utf8;

2、初始数据

测试

1、代码模块

2001服务为订单服务驱动业务

2002服务为库存服务

2003服务为账户服务

2、分布式事务测试

2.1正常情况测试

数据库情况：

2.2不使用@GlobalTransactional注解超时异常测试

数据库情况：订单状态未支付但用户已扣钱且库存已减

2.3使用@GlobalTransactional注解

测试情况：

发现使用@GlobalTransactional注解后，数据库记录进行了回滚。实现了分布式事务

Seata原理简介

官网：http://seata.io/zh-cn/docs/dev/mode/at-mode.html（默认为AT模式）

(1)一阶段加载

在一阶段，Seata会拦截“业务SQL”：

①解析SQL语义，找到“业务SQL”要更新的业务数据，在业务数据被更新之前，将其保存成“before image”

②执行“业务SQL”更新业务数据，在业务数据更新之后，将其生成“after image”

③生成行锁

以上操作全部在一个数据库事务内完成，这样保证了一阶段操作的原子性。

(2)二阶段提交

二阶段如果是顺利的话，因为“业务SQL”在一阶段已经提交至数据库，所以Seata框架只需将一阶段保存的快照数据和行锁删掉，完成数据清理即可。

(3)二阶段回滚

二阶段如果回滚的话，Seata就需要回滚一阶段已执行的“业务SQL”，还原业务数据

回滚方式便是用“before image”还原业务数据；但在还原之前首先要校验脏写，对比“数据当前业务数据”和“after image”，如果两份数据完全一致就说明没有脏写，可以还原业务数据，如果不一致就说明脏鞋，需要人工处理。

ps：总结