Seata架构篇 - AT模式
前言
Seata 是一款开源的分布式事务解决方案，致力于提供高性能和简单易用的分布式事务服务。Seata 将为用户提供了 AT、TCC、SAGA 和 XA 事务模式，为用户打造一站式的分布式解决方案。
X/Open DTP Model
X/Open DTP Model 是 X/Open 组织定义的一套分布式事务的标准，也就是定义了分布式事务处理的规范和 API 接口，但是具体实现由各厂商自行实现。
TM、RM 作为 Seata 的客户端与业务系统集成在一起，TC 作为 Seata 的服务端独立部署。
TC（Transaction Coordinator）- 事务协调者
维护全局和分支事务的状态，驱动全局事务提交或回滚。
TM（Transaction Manager）- 事务管理器
管理全局事务，包括开始全局事务、提交或回滚全局事务。
RM（Resource Manager）- 资源管理器
管理分支事务，包括向 TC 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。
在 Seata 中，分布式事务的执行流程：
- TM 开启分布式事务（TM 向 TC 注册全局事务记录）
- 按业务场景，编排数据库、服务等事务资源（RM 向 TC 汇报资源准备状态）
- TM 结束分布式事务，事务阶段一结束（TM 通知 TC 提交/回滚分布式事务）
- TC 汇总事务信息，决定分布式事务提交还是回滚
- TC 通知所有 RM 提交/回滚，事务二阶段结束
AT 模式
概述
Seata AT 模式是一种非侵入式的分布式事务解决方案，Seata 在内部做了对数据库操作的代理层，我们使用 Seata AT 模式时，实际上用的是 Seata 自带的数据源代理 DataSourceProxy，Seata 在这层代理中加入了很多逻辑，比如插入回滚 undo_log 日志，检查全局锁等。
为什么要检查全局锁呢，这是由于 Seata AT 模式的事务隔离是建立在分支事务的本地隔离级别基础之上的，在数据库本地隔离级别读已提交或以上的前提下，Seata 设计了由事务协调器维护的全局写排他锁，来保证事务间的写隔离，同时，将全局事务默认定义在读未提交的隔离级别上。
Seata 的事务是一个全局事务，它包含了若干个分支本地事务，在全局事务执行过程中（全局事务还没执行完），某个本地事务提交了，如果 Seata 没有采取任何措施，则会导致已提交的本地事务被读取，造成脏读，如果数据在全局事务提交前已提交的本地事务被修改，则会造成脏写。
一阶段：业务数据和回滚日志在同一个本地事务提交，释放本地锁和连接资源。
二阶段：提交异步化，非常快速地完成。回滚通过一阶段的回滚日志反向补偿。
Seata AT模式隔离级别解读
适用场景
- 基于支持本地 ACID 事务的关系型数据库。
- Java 应用，通过 JDBC 访问数据库。
原理
一阶段
1、解析 SQL。得到 SQL 的类型（UPDATE）、表（product）、条件（where name = ‘TXC’）等相关的信息。
2、查询前镜像：根据解析得到的条件信息，生成查询语句，定位数据。
select id, name, since from product where name = 'TXC';
得到前镜像：
| id | name | since |
|---|---|---|
| 1 | TXC | 2014 |
3、执行业务 SQL。更新这条记录的 name 为 ‘GTS’。
4、查询后镜像：根据前镜像的结果，通过 主键 定位数据。
得到后镜像：
| id | name | since |
|---|---|---|
| 1 | GTS | 2014 |
5、插入回滚日志：把前后镜像数据以及业务 SQL 相关的信息组成一条回滚日志记录，插入到 UNDO_LOG 表中。
{
"branchId": 641789253,
"undoItems": [{
"afterImage": {
"rows": [{
"fields": [{
"name": "id",
"type": 4,
"value": 1
}, {
"name": "name",
"type": 12,
"value": "GTS"
}, {
"name": "since",
"type": 12,
"value": "2014"
}]
}],
"tableName": "product"
},
"beforeImage": {
"rows": [{
"fields": [{
"name": "id",
"type": 4,
"value": 1
}, {
"name": "name",
"type": 12,
"value": "TXC"
}, {
"name": "since",
"type": 12,
"value": "2014"
}]
}],
"tableName": "product"
},
"sqlType": "UPDATE"
}],
"xid": "xid:xxx"
}
6、提交前，向 TC 注册分支：申请 product 表中，主键值等于 1 的记录的 全局锁 。
7、本地事务提交：业务数据的更新和前面步骤中生成的 UNDO LOG 一并提交。
8、将本地事务提交的结果上报给 TC。
二阶段
回滚
1、收到 TC 的分支回滚请求，开启一个本地事务，执行如下操作。
2、通过 XID 和 Branch ID 查找到相应的 UNDO LOG 记录。
3、数据校验：拿 UNDO LOG 中的后镜与当前数据进行比较，如果有不同，说明数据被当前全局事务之外的动作做了修改。这种情况，需要根据配置策略来做处理，详细的说明在另外的文档中介绍。
4、根据 UNDO LOG 中的前镜像和业务 SQL 的相关信息生成并执行回滚的语句：
update product set name = 'TXC' where id = 1;
5、提交本地事务。并把本地事务的执行结果（即分支事务回滚的结果）上报给 TC。
提交
1、收到 TC 的分支提交请求，把请求放入一个异步任务的队列中，马上返回提交成功的结果给 TC。
2、异步任务阶段的分支提交请求将异步和批量地删除相应 UNDO LOG 记录。
回滚日志表如下：
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;
写隔离
一阶段本地事务提交之前，需要确保先拿到全局锁，这样才能提交本地事务。
尝试获取全局锁如果超时，则放弃尝试，然后回滚本地事务并释放本地锁。
两个全局事务 tx1 和 tx2，分别对 a 表的 m 字段进行更新操作，m 的初始值 1000。tx1 先开始，开启本地事务，拿到本地锁，更新操作 m = 1000 - 100 = 900。本地事务提交前，先拿到该记录的 全局锁 ，本地提交释放本地锁。 tx2 后开始，开启本地事务，拿到本地锁，更新操作 m = 900 - 100 = 800。本地事务提交前，尝试拿该记录的 全局锁 ，tx1 全局提交前，该记录的全局锁被 tx1 持有，tx2 需要重试等待 全局锁 。
tx1 二阶段全局提交，释放 全局锁 。tx2 拿到 全局锁 提交本地事务。
如果 tx1 的二阶段全局回滚，则 tx1 需要重新获取该数据的本地锁，进行反向补偿的更新操作，实现分支的回滚。此时，如果 tx2 仍在等待该数据的 全局锁，同时持有本地锁，则 tx1 的分支回滚会失败。分支的回滚会一直重试，直到 tx2 的 全局锁 等锁超时，放弃 全局锁 并回滚本地事务释放本地锁，tx1 的分支回滚最终成功。
因为整个过程 全局锁 在 tx1 结束前一直是被 tx1 持有的，所以不会发生 脏写 的问题。
读隔离
在数据库本地事务隔离级别 读已提交（Read Committed） 或以上的基础上，Seata（AT 模式）的默认全局隔离级别是 读未提交（Read Uncommitted） 。
SELECT FOR UPDATE 语句的执行会申请 全局锁 ，如果 全局锁 被其他事务持有，则释放本地锁（回滚 SELECT FOR UPDATE 语句的本地执行）并重试。这个过程中，查询是被 block 住的，直到 全局锁 拿到，即读取的相关数据是 已提交 的，才返回。
出于总体性能上的考虑，Seata 目前的方案并没有对所有 SELECT 语句都进行代理，仅针对 FOR UPDATE 的 SELECT 语句。
使用
假设 Bussiness 服务调用 Stock 服务和 Order 服务。
1、配置 Bussiness 服务。
-
配置 GlobalTransactionScanner 的applicationId 和 txServiceGroup（事务分组）。
-
使用 @GlobalTransactional 注解
-
可以使用 RootContext.getXID() 方法获取到 XID
-
按需修改 file.conf、registry.conf 文件的内容
@Configuration
public class SeataAutoConfig {
@Bean
public GlobalTransactionScanner globalTransactionScanner() {
// 指定 applicationId、txServiceGroup
return new GlobalTransactionScanner("dubbo-gts-seata-example", "my_test_tx_group");
}
}
@Service
public class BusinessServiceImpl implements BusinessService {
@Reference(version = "1.0.0")
private StockDubboService stockDubboService;
@Reference(version = "1.0.0")
private OrderDubboService orderDubboService;
private boolean flag;
@Override
@GlobalTransactional(timeoutMills = 300000, name = "dubbo-gts-seata-example")
public ObjectResponse handleBusiness(BusinessDTO businessDTO) {
System.out.println("开始全局事务，XID = " + RootContext.getXID());
ObjectResponse<Object> objectResponse = new ObjectResponse<>();
//1、扣减库存
CommodityDTO commodityDTO = new CommodityDTO();
commodityDTO.setCommodityCode(businessDTO.getCommodityCode());
commodityDTO.setCount(businessDTO.getCount());
ObjectResponse stockResponse = stockDubboService.decreaseStock(commodityDTO);
//2、创建订单
OrderDTO orderDTO = new OrderDTO();
orderDTO.setUserId(businessDTO.getUserId());
orderDTO.setCommodityCode(businessDTO.getCommodityCode());
orderDTO.setOrderCount(businessDTO.getCount());
orderDTO.setOrderAmount(businessDTO.getAmount());
ObjectResponse<OrderDTO> response = orderDubboService.createOrder(orderDTO);
//打开注释测试事务发生异常后，全局回滚功能
// if (!flag) {
// throw new RuntimeException("测试抛异常后，分布式事务回滚！");
// }
if (stockResponse.getStatus() != 200 || response.getStatus() != 200) {
throw new DefaultException(RspStatusEnum.FAIL);
}
objectResponse.setStatus(RspStatusEnum.SUCCESS.getCode());
objectResponse.setMessage(RspStatusEnum.SUCCESS.getMessage());
objectResponse.setData(response.getData());
return objectResponse;
}
}
2、 配置 Stock 服务。
- 配置 DataSource、DataSourceProxy、SqlSessionFactory、GlobalTransactionScanner
- 可以使用 RootContext.getXID() 方法获取到 XID
- 按需修改 file.conf、registry.conf 文件的内容
- 对应数据库配置 UNDO_LOG 表
@Configuration
public class SeataAutoConfig {
@Autowired
private DataSourceProperties dataSourceProperties;
@Bean
@Primary
public DruidDataSource druidDataSource() {
DruidDataSource druidDataSource = new DruidDataSource();
druidDataSource.setUrl(dataSourceProperties.getUrl());
druidDataSource.setUsername(dataSourceProperties.getUsername());
druidDataSource.setPassword(dataSourceProperties.getPassword());
druidDataSource.setDriverClassName(dataSourceProperties.getDriverClassName());
druidDataSource.setInitialSize(0);
druidDataSource.setMaxActive(180);
druidDataSource.setMaxWait(60000);
druidDataSource.setMinIdle(0);
druidDataSource.setValidationQuery("Select 1 from DUAL");
druidDataSource.setTestOnBorrow(false);
druidDataSource.setTestOnReturn(false);
druidDataSource.setTestWhileIdle(true);
druidDataSource.setTimeBetweenEvictionRunsMillis(60000);
druidDataSource.setMinEvictableIdleTimeMillis(25200000);
druidDataSource.setRemoveAbandoned(true);
druidDataSource.setRemoveAbandonedTimeout(1800);
druidDataSource.setLogAbandoned(true);
return druidDataSource;
}
@Bean
public DataSourceProxy dataSourceProxy(DruidDataSource druidDataSource) {
return new DataSourceProxy(druidDataSource);
}
@Bean
public SqlSessionFactory sqlSessionFactory(DataSourceProxy dataSourceProxy) throws Exception {
SqlSessionFactoryBean factoryBean = new SqlSessionFactoryBean();
factoryBean.setDataSource(dataSourceProxy);
factoryBean.setMapperLocations(
new PathMatchingResourcePatternResolver().getResources("classpath*:/mapper/*.xml"));
factoryBean.setTransactionFactory(new JdbcTransactionFactory());
return factoryBean.getObject();
}
@Bean
public GlobalTransactionScanner globalTransactionScanner() {
return new GlobalTransactionScanner("stock-gts-seata-example", "my_test_tx_group");
}
}
3、配置 Order 服务
- 配置 DataSource、DataSourceProxy、SqlSessionFactory、GlobalTransactionScanner
- 可以使用 RootContext.getXID() 方法获取到 XID
- 按需修改 file.conf、registry.conf 文件的内容
- 对应数据库配置 UNDO_LOG 表
@Configuration
public class SeataAutoConfig {
@Autowired
private DataSourceProperties dataSourceProperties;
@Bean
@Primary
public DruidDataSource druidDataSource() {
DruidDataSource druidDataSource = new DruidDataSource();
druidDataSource.setUrl(dataSourceProperties.getUrl());
druidDataSource.setUsername(dataSourceProperties.getUsername());
druidDataSource.setPassword(dataSourceProperties.getPassword());
druidDataSource.setDriverClassName(dataSourceProperties.getDriverClassName());
druidDataSource.setInitialSize(0);
druidDataSource.setMaxActive(180);
druidDataSource.setMaxWait(60000);
druidDataSource.setMinIdle(0);
druidDataSource.setValidationQuery("Select 1 from DUAL");
druidDataSource.setTestOnBorrow(false);
druidDataSource.setTestOnReturn(false);
druidDataSource.setTestWhileIdle(true);
druidDataSource.setTimeBetweenEvictionRunsMillis(60000);
druidDataSource.setMinEvictableIdleTimeMillis(25200000);
druidDataSource.setRemoveAbandoned(true);
druidDataSource.setRemoveAbandonedTimeout(1800);
druidDataSource.setLogAbandoned(true);
return druidDataSource;
}
@Bean
public DataSourceProxy dataSourceProxy(DruidDataSource druidDataSource) {
return new DataSourceProxy(druidDataSource);
}
@Bean
public SqlSessionFactory sqlSessionFactory(DataSourceProxy dataSourceProxy) throws Exception {
SqlSessionFactoryBean factoryBean = new SqlSessionFactoryBean();
factoryBean.setDataSource(dataSourceProxy);
factoryBean.setMapperLocations(
new PathMatchingResourcePatternResolver().getResources("classpath*:/mapper/*.xml"));
factoryBean.setTransactionFactory(new JdbcTransactionFactory());
return factoryBean.getObject();
}
@Bean
public GlobalTransactionScanner globalTransactionScanner() {
return new GlobalTransactionScanner("order-gts-seata-example", "my_test_tx_group");
}
}