XA分布式协议

1 概述

         XA 是指由 X/Open 组织提出的分布式事务处理的规范. XA 规范主要定义了事务管理器(Transaction Manager)和局部资源管理器(Local Resource Manager)之间的接口。XA分布式协议包含二阶段提交和三阶段提交两种协议实现。下面分别进行介绍

2 二阶段提交协议

2.1 什么是二阶段提交?     

        二阶段提交是指,为了使基于分布式系统架构下的所有节点在进行事务提交时保持一致性而设计的一种算法。二阶段提交的算法思路可以概括为: 参与者将操作成败通知协调者,再由协调者根据所有参与者的反馈情报决定各参与者是否要提交操作还是中止操作。

2.2 二阶段提交流程

        准备阶段

  1. 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,并开始等待各参与者节点的响应。

  2. 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(是为了将提交和回滚的动作持久化下来)。

  3. 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。

        提交阶段

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:

  1. 协调者节点向所有参与者节点发出"正式提交"的请求。

  2. 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。

  3. 参与者节点向协调者节点发送"完成"消息。

  4. 协调者节点收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"终止",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:

  1. 协调者节点向所有参与者节点发出"回滚操作"的请求。

  2. 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。

  3. 参与者节点向协调者节点发送"回滚完成"消息。

  4. 协调者节点收到所有参与者节点反馈的"回滚完成"消息后,取消事务。

2.3 异常情况

  • 一阶段参与者响应超时->事务回滚。
  • 协调者发送请求以后挂掉->收到请求的参与者一直处于阻塞状态。

2.4 缺陷

  • 性能问题:所有参与者在事务提交阶段处于同步阻塞状态,占用系统资源,容易导致性能瓶颈。
  • 可靠性问题:如果协调者存在单点故障问题,一旦协调者出现故障,参与者将一直处于锁定状态。
  • 数据一致性问题:在阶段 2 中,如果发生局部网络问题,一部分事务参与者收到了提交消息,另一部分事务参与者没收到提交消息,那么就导致了节点之间数据的不一致。

2.5 特点

  • 强一致性

3 三阶段提交

3.1 概述

        三阶段提交是在二阶段提交上的改进版本,主要是加入了超时机制。同时在协调者和参与者中都引入超时机制。

3.2 三阶段提交流程

        canCommit阶段

协调者向参与者发送 canCommit 请求,参与者如果可以提交就返回 yes 响应(参与者不执行事务操作),否则返回 no 响应:

  • 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。
  • 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。

        preCommit阶段

协调者根据阶段 1 canCommit 参与者的反应情况来决定是否可以进行基于事务的 preCommit 操作。根据响应情况,有以下两种可能。

情况 1:阶段 1 所有参与者均反馈 yes,参与者预执行事务。

  • 协调者向所有参与者发出 preCommit 请求,进入准备阶段。
  • 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)。
  • 各参与者向协调者反馈 ack 响应或 no 响应,并等待最终指令。

情况 2:阶段 1 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。

  • 协调者向所有参与者发出 abort 请求。
  • 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。

        doCommit阶段

该阶段进行真正的事务提交,也可以分为以下两种情况。

情况 1:阶段 2 所有参与者均反馈 ack 响应,执行真正的事务提交,如上图:

  • 如果协调者处于工作状态,则向所有参与者发出 do Commit 请求。
  • 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。
  • 各参与者向协调者反馈 ack 完成的消息。
  • 协调者收到所有参与者反馈的 ack 消息后,即完成事务提交。

情况 2:阶段 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:

  • 如果协调者处于工作状态,向所有参与者发出 abort 请求。
  • 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。
  • 各参与者向协调者反馈 ack 完成的消息。
  • 协调者收到所有参与者反馈的 ack 消息后,即完成事务中断。

注意:进入阶段 3 后,无论协调者出现问题,或者协调者与参与者网络出现问题,都会导致参与者无法接收到协调者发出的 do Commit 请求或 abort 请求。此时,参与者都会在等待超时之后,继续执行事务提交。

3.3 三阶段优缺点

优点:相比二阶段提交,三阶段提交降低了阻塞范围,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,当在参与者收到 preCommit 请求后等待 do commit 指令时,此时如果协调者请求中断事务,而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。

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