Seata 分布式事务的使用和原理浅析
Seata 分布式事务的精简使用教程和原理浅析
- 一、说明
- 二、Seata 简介
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- 2.1、Seata 是什么？
- 2.2、Seata 的整体架构
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- 2.2.1、主要角色
- 2.2.2、整体架构和工作流程图
- 2.3、Seata 的事务模式
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- 2.3.1、Seata 的 AT 事务模式
- 2.4、微服务框架支持
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- 2.4.1、事务上下文
- 2.4.2、事务传播
- 2.5、ORM 框架支持
- 2.6、数据库类型支持
- 2.7、SQL 参考
- 三、Seata 通用接入流程
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- 3.1、Seata Server 端（TC）
- 3.2、Seata Client 端（TM和RM）
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- 3.2.1、业务系统集成 Seata Client
- 3.2.2、不同微服务框架解决 Seata 事务传播问题
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- 3.2.2.1、事务传播的原理
- 3.2.2.2、事务传播的解决方案
- 3.2.2.3、常用微服务框架的事务传播问题
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- （1）、Seata + Dubbo 分布式事务
- （2）、Seata + Spring Cloud OpenFeign 分布式事务
- （3）、Seata + RestTemplate 分布式事务
- （3）、Seata + 其他微服务框架
- 四、Seata 分布式事务使用演示
- 五、Seata 工作原理简单分析
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- 5.1、工作流程
- 5.2、主要的类
一、说明
- 本博客首先会对 Seata 进行简单介绍，然后演示如何在项目中使用 Seata 分布式事务（仅 AT 模式），并结合监控工具简单分析它的工作原理，最后再谈谈博主在工作中关于 Seata 的使用感受。
- Seata 简介
- 介绍一些 Seata 的重要概念，和胖友们在一些事情上达成共识。
- Seata 通用接入流程
- 这部分内容也属于通用知识，和具体工作环境无关。
- 介绍 Server 端和 Client 端的使用，尤其是 Client 端使用不同微服务框架时如何解决事务传播问题。
- Seata 分布式事务使用演示
- 可以看做是上面 “Seata 通用接入流程” 的实战版。
- 由于博主目前工作的公司使用的是 SpringBoot 1.x 版本，在一些配置细节上可能和某些胖友不同，但万变不离其宗，只要能理解它的核心思想，相信这些小细节问题对于各位优秀的胖友们都是小意思。
- Seata 工作原理简单分析
- 首先会提供通过监控工具得到的工作流程截图，让大家有个直观的认知。
- 然后介绍代码中关键的类。
- Seata 简介
- 胖友们可以把本博客当成是一个快速上手的参考手册，但如果想要全面系统地了解 Seata 框架，建议查看 Seata 的官方文档以及 GitHub
- 官方文档传送阵
- GitHub 传送阵
二、Seata 简介
看到博主这篇博客的胖友，想必大多都是从业 n 年的同仁，所以一些基础概念的介绍和铺垫这里就省略了，而只介绍博主认为最核心的部分。
2.1、Seata 是什么？
- 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。
2.2、Seata 的整体架构
2.2.1、主要角色
- 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
- 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 (Resource Manager) - 资源管理器
- 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。
- 事务回话信息存储
- 非必须角色，理论上可以不引入额外组件。
- 事务会话信息存储方式有：file本地文件(不支持HA)，db数据库|redis(支持HA)
- 但从生产实践角度来看，这个组件也是必须的，博主使用的是 MySQL
- 注册中心
- 非必须角色，理论上可以不引入额外组件。
- 默认file，支持file 、nacos 、eureka、redis、zk、consul、etcd3、sofa、custom
- 但从生产实践角度来看，这个组件也是必须的，博主使用的是 zk.
- 配置中心
- 非必须角色，理论上可以不引入额外组件。
- 默认file，支持file、nacos 、apollo、zk、consul、etcd3、custom
- 从生产实践角度来看，这个组件也是必须的，博主使用的是 zk.
2.2.2、整体架构和工作流程图
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整体架构图
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工作流程图
2.3、Seata 的事务模式
- AT
- TCC
- SAGA
- XA 事务模式
2.3.1、Seata 的 AT 事务模式
- 前提
- 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。
- 整体机制
- 两阶段提交协议的演变：
- 一阶段：业务数据和回滚日志记录在同一个本地事务中提交，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进行反向补偿。
- 两阶段提交协议的演变：
- 写隔离
- 一阶段本地事务提交前，需要确保先拿到 全局锁 。
- 拿不到 全局锁 ，不能提交本地事务。
- 拿 全局锁 的尝试被限制在一定范围内，超出范围将放弃，并回滚本地事务，释放本地锁
- 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） 。
- 如果应用在特定场景下，必需要求全局的 读已提交 ，目前 Seata 的方式是通过 SELECT FOR UPDATE 语句的代理。
2.4、微服务框架支持
- 从上面的 2.2.2、整体架构和工作流程图 的工作流程图中可以看到，整个事务过程中，需要有一个全局的事务ID，并且需要把这个全局事务ID在各个微服务间传播。
2.4.1、事务上下文
- Seata 的事务上下文由 RootContext 来管理。
- 应用开启一个全局事务后，RootContext 会自动绑定该事务的 XID，事务结束（提交或回滚完成），RootContext 会自动解绑 XID。
- 应用可以通过 RootContext 的 API 接口（RootContext.getXID()）来获取当前运行时的全局事务 XID
- 应用是否运行在一个全局事务的上下文中，就是通过 RootContext 是否绑定 XID 来判定的
2.4.2、事务传播
- 服务内部的事务传播
- 默认的，RootContext 的实现是基于 ThreadLocal 的，即 XID 绑定在当前线程上下文中
- 所以服务内部的 XID 传播通常是天然的通过同一个线程的调用链路串连起来的。默认不做任何处理，事务的上下文就是传播下去的
- 如果希望挂起事务上下文，则需要通过 RootContext 提供的 API 来实现：
-
// 挂起（暂停） String xid = RootContext.unbind(); // TODO: 运行在全局事务外的业务逻辑 // 恢复全局事务上下文 RootContext.bind(xid);
-
- 跨服务调用的事务传播
- 跨服务调用场景下的事务传播，本质上就是要把 XID 通过服务调用传递到服务提供方，并绑定到 RootContext 中去。
- 只要能做到这点，理论上 Seata 可以支持任意的微服务框架。
2.5、ORM 框架支持
- Seata 虽然是保证数据一致性的组件，但对于 ORM 框架并没有特殊的要求，像主流的Mybatis，Mybatis-Plus，Spring Data JPA, Hibernate等都支持。这是因为ORM框架位于JDBC结构的上层，而 Seata 的 AT,XA 事务模式是对 JDBC 标准接口操作的拦截和增强。
2.6、数据库类型支持
- AT模式支持的数据库有：MySQL、Oracle、PostgreSQL和 TiDB
- TCC模式不依赖数据源(1.4.2版本)
2.7、SQL 参考
- 完整 SQL 参考传送阵
- 需要特别注意它的使用限制：
- 不支持 SQL 嵌套
- 不支持多表复杂 SQL
- 不支持存储过程、触发器
- 不支持批量更新 SQL
三、Seata 通用接入流程
3.1、Seata Server 端（TC）
- 下载程序包并解压
- 当前最新版本：seata-server-1.4.2
- 配置事务回话信息存储方式
- 配置文件：
seata-server-1.4.2\conf\file.conf - 事务会话信息存储方式有：file本地文件(不支持HA)，db数据库|redis(支持HA)，这里配置为 db.
-
## transaction log store, only used in seata-server store { ## store mode: file、db、redis mode = "db" ## rsa decryption public key publicKey = "" ## database store property db { ## the implement of javax.sql.DataSource, such as DruidDataSource(druid)/BasicDataSource(dbcp)/HikariDataSource(hikari) etc. datasource = "druid" ## mysql/oracle/postgresql/h2/oceanbase etc. dbType = "mysql" driverClassName = "com.mysql.cj.jdbc.Driver" ## if using mysql to store the data, recommend add rewriteBatchedStatements=true in jdbc connection param url = "jdbc:mysql://127.0.0.1:3306/seata?serverTimezone=Asia/Shanghai&rewriteBatchedStatements=true" user = "root" password = "Andy6666" minConn = 5 maxConn = 100 globalTable = "global_table" branchTable = "branch_table" lockTable = "lock_table" queryLimit = 100 maxWait = 5000 } }
-
- 在 MySQL 数据库创建事务回话信息表
-
-- -------------------------------- The script used when storeMode is 'db' -------------------------------- -- the table to store GlobalSession data CREATE TABLE IF NOT EXISTS `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`) ) ENGINE = InnoDB DEFAULT CHARSET = utf8; -- the table to store BranchSession data CREATE TABLE IF NOT EXISTS `branch_table` ( `branch_id` BIGINT NOT NULL, `xid` VARCHAR(128) NOT NULL, `transaction_id` BIGINT, `resource_group_id` VARCHAR(32), `resource_id` VARCHAR(256), `branch_type` VARCHAR(8), `status` TINYINT, `client_id` VARCHAR(64), `application_data` VARCHAR(2000), `gmt_create` DATETIME(6), `gmt_modified` DATETIME(6), PRIMARY KEY (`branch_id`), KEY `idx_xid` (`xid`) ) ENGINE = InnoDB DEFAULT CHARSET = utf8; -- the table to store lock data CREATE TABLE IF NOT EXISTS `lock_table` ( `row_key` VARCHAR(128) NOT NULL, `xid` VARCHAR(128), `transaction_id` BIGINT, `branch_id` BIGINT NOT NULL, `resource_id` VARCHAR(256), `table_name` VARCHAR(32), `pk` VARCHAR(36), `gmt_create` DATETIME, `gmt_modified` DATETIME, PRIMARY KEY (`row_key`), KEY `idx_branch_id` (`branch_id`) ) ENGINE = InnoDB DEFAULT CHARSET = utf8;
-
- 配置文件：
- 配置注册中心和配置中心
- 配置文件：
seata-server-1.4.2\conf\registry.conf。这里博主把注册中心和配置中心都设置为 zk（胖友们可以根据情况设置成其他的，配置大同小异）。-
registry { # file 、nacos 、eureka、redis、zk、consul、etcd3、sofa type = "zk" zk { cluster = "default" serverAddr = "127.0.0.1:2181" sessionTimeout = 6000 connectTimeout = 2000 username = "" password = "" } } config { # file、nacos 、apollo、zk、consul、etcd3 type = "zk" zk { cluster = "default" serverAddr = "127.0.0.1:2181" sessionTimeout = 6000 connectTimeout = 2000 username = "" password = "" } }
-
- 配置文件：
- 启动 Server 端
- 点击 seata-server-1.4.2\bin\seata-server.bat（或 seata-server.sh）
3.2、Seata Client 端（TM和RM）
3.2.1、业务系统集成 Seata Client
- 业务数据库创建回滚日志表
-
-- for AT mode you must to init this sql for you business database. the seata server not need it. CREATE TABLE IF NOT EXISTS `undo_log` ( `branch_id` BIGINT NOT NULL COMMENT 'branch transaction id', `xid` VARCHAR(128) NOT NULL COMMENT 'global transaction id', `context` VARCHAR(128) NOT NULL COMMENT 'undo_log context,such as serialization', `rollback_info` LONGBLOB NOT NULL COMMENT 'rollback info', `log_status` INT(11) NOT NULL COMMENT '0:normal status,1:defense status', `log_created` DATETIME(6) NOT NULL COMMENT 'create datetime', `log_modified` DATETIME(6) NOT NULL COMMENT 'modify datetime', UNIQUE KEY `ux_undo_log` (`xid`, `branch_id`) ) ENGINE = InnoDB AUTO_INCREMENT = 1 DEFAULT CHARSET = utf8 COMMENT ='AT transaction mode undo table';
-
- 业务系统添加 seata 依赖
-
<dependency> <groupId>io.seatagroupId> <artifactId>seata-spring-boot-starterartifactId> <version>1.3.0version> dependency>
-
- 业务系统配置文件中配置注册中心和配置中心、事务分组名称
- 这里注册中心和配置中心都选择 zk（以 account-service 为例）
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seata: registry: type: zk zk: server-addr: localhost:2181 config: type: zk zk: server-addr: localhost:2181 txServiceGroup: account-service-g
- 在 Seata 配置中心配置事务分组和TC集群的关联关系
- 在 zk 添加以下配置（其他配置中心大同小异）：
- 节点名称：/seata/service.vgroupMapping.account-service-g，节点内容：default
- 其中 account-service-g 是事务分组名称
- default 是 TC 集群名称
- 即配置所有事务分组名称为 account-service-g 的 TM 和 RM 注册到集群名称为 default 的 TC 集群
- 节点名称：/seata/service.vgroupMapping.account-service-g，节点内容：default
- 在 zk 添加以下配置（其他配置中心大同小异）：
3.2.2、不同微服务框架解决 Seata 事务传播问题
3.2.2.1、事务传播的原理
- 从 2.4.2、事务传播 可以知道，跨服务调用场景下的事务传播，本质上就是要把 XID 通过服务调用传递到服务提供方，并绑定到 RootContext 中去。
3.2.2.2、事务传播的解决方案
- 远程服务调用方：
- 发起远程服务调用时，需要把全局事务XID包含到请求信息中
- 远程服务提供方：
- 处理请求前，解析获取 XID 并绑定到 RootContext 中
- 处理请求后，将 XID 从 RootContext 中解绑
3.2.2.3、常用微服务框架的事务传播问题
（1）、Seata + Dubbo 分布式事务
- 如何实现 Dubbo 请求的前置和后置处理呢？ 熟悉 Dubbo 的胖友可能就会说，扩展它的 Filter。
- 没错，我们就是要扩展 Dubbo 的 Filter，在服务调用方发起请求时，设置全局事务 XID；在服务提供方处理请求前，解析获取XID，并绑定到 RootContext，处理完请求后，清理 XID。
- 幸运的是，Seata 框架中已经默认提供了这样的 Filter，它基于 SPI 机制自动注册，项目中也可以通过 ServiceLoader.load 查看。
- 也就是说，Seata 天然支持 Dubbo 框架的事务传播，我们什么都不需要做。
（2）、Seata + Spring Cloud OpenFeign 分布式事务
- Spring Cloud OpenFeign 是基于 Http 协议的微服务框架。远程服务调用方需要在 Header 中设置全局事务XID；远程服务提供方在处理请求前需要从 Http Header 中获取全局事务XID 并绑定到 RootContext，处理完请求后清理 XID。
- 推荐的做法：
- 远程服务调用方：通过 feign 提供的 RequestInterceptor 设置 Header。但由于 OpenFeign 默认集成了 Hystrix，通信时使用的是异步多线程通信，所以还需要自定义配置 HystrixConcurrencyStrategy，处理线程间全局事务XID传递的问题。
- 配置 HystrixConcurrencyStrategy：
-
@Slf4j @Configuration public class FeignHystrixConcurrencyStrategy extends HystrixConcurrencyStrategy { private HystrixConcurrencyStrategy delegate; public FeignHystrixConcurrencyStrategy() { try { this.delegate = HystrixPlugins.getInstance().getConcurrencyStrategy(); if (this.delegate instanceof FeignHystrixConcurrencyStrategy) { return; } HystrixCommandExecutionHook commandExecutionHook = HystrixPlugins .getInstance().getCommandExecutionHook(); HystrixEventNotifier eventNotifier = HystrixPlugins.getInstance() .getEventNotifier(); HystrixMetricsPublisher metricsPublisher = HystrixPlugins.getInstance() .getMetricsPublisher(); HystrixPropertiesStrategy propertiesStrategy = HystrixPlugins.getInstance() .getPropertiesStrategy(); HystrixPlugins.reset(); HystrixPlugins.getInstance().registerConcurrencyStrategy(this); HystrixPlugins.getInstance() .registerCommandExecutionHook(commandExecutionHook); HystrixPlugins.getInstance().registerEventNotifier(eventNotifier); HystrixPlugins.getInstance().registerMetricsPublisher(metricsPublisher); HystrixPlugins.getInstance().registerPropertiesStrategy(propertiesStrategy); } catch (Exception ex) { log.error("Failed to register Seata Hystrix Concurrency Strategy", ex); } } @Override public <T> Callable<T> wrapCallable(Callable<T> callable) { if (callable instanceof SeataContextCallable) { return callable; } return new SeataContextCallable<>(callable, RequestContextHolder.getRequestAttributes()); } private static class SeataContextCallable<K> implements Callable<K> { private final Callable<K> actual; private final String xid; private final RequestAttributes requestAttributes; SeataContextCallable(Callable<K> actual, RequestAttributes requestAttribute) { this.actual = actual; this.requestAttributes = requestAttribute; this.xid = RootContext.getXID(); } @Override public K call() throws Exception { try { RequestContextHolder.setRequestAttributes(requestAttributes); if (!StringUtils.isEmpty(xid)) { RootContext.bind(xid); } return actual.call(); } finally { if (!StringUtils.isEmpty(xid)) { RootContext.unbind(); } RequestContextHolder.resetRequestAttributes(); } } } }
-
- 添加 feign RequestInterceptor 设置 Header
-
@Slf4j public class FeignBasicAuthRequestInterceptor implements RequestInterceptor { @Override public void apply(RequestTemplate template) { try { // 支持 seata 事务传播 String xid = RootContext.getXID(); if (!StringUtils.isEmpty(xid)) { template.header(RootContext.KEY_XID, xid); } } catch (Exception e) { log.error("FeignBasicAuthRequestInterceptor apply fail。", e); } } }
-
- 配置 HystrixConcurrencyStrategy：
- 远程服务调用方：基于 WEB 拦截器做前置、后置处理。例如，基于 Spring Web 项目，可以通过 HandlerInterceptor 实现：
-
public class SeataHandlerInterceptor implements HandlerInterceptor { private static final Logger log = LoggerFactory .getLogger(SeataHandlerInterceptor.class); @Override public boolean preHandle(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, Object handler) { String xid = RootContext.getXID(); String rpcXid = request.getHeader(RootContext.KEY_XID); if (log.isDebugEnabled()) { log.debug("xid in RootContext {} xid in RpcContext {}", xid, rpcXid); } if (StringUtils.isBlank(xid) && rpcXid != null) { RootContext.bind(rpcXid); if (log.isDebugEnabled()) { log.debug("bind {} to RootContext", rpcXid); } } return true; } @Override public void postHandle(HttpServletRequest httpServletRequest, HttpServletResponse httpServletResponse, Object o, ModelAndView modelAndView) throws Exception { } @Override public void afterCompletion(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, Object handler, Exception e) { if (StringUtils.isNotBlank(RootContext.getXID())) { String rpcXid = request.getHeader(RootContext.KEY_XID); if (StringUtils.isEmpty(rpcXid)) { return; } String unbindXid = RootContext.unbind(); if (log.isDebugEnabled()) { log.debug("unbind {} from RootContext", unbindXid); } if (!rpcXid.equalsIgnoreCase(unbindXid)) { log.warn("xid in change during RPC from {} to {}", rpcXid, unbindXid); if (unbindXid != null) { RootContext.bind(unbindXid); log.warn("bind {} back to RootContext", unbindXid); } } } } }
-
- 远程服务调用方：通过 feign 提供的 RequestInterceptor 设置 Header。但由于 OpenFeign 默认集成了 Hystrix，通信时使用的是异步多线程通信，所以还需要自定义配置 HystrixConcurrencyStrategy，处理线程间全局事务XID传递的问题。
（3）、Seata + RestTemplate 分布式事务
- RestTemplate 同样基于 Http 协议，处理方式和 Spring Cloud OpenFeign 类似。推荐的做法：
- 远程服务调用方：
- 定义拦截器：
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public class SeataRestTemplateInterceptor implements ClientHttpRequestInterceptor { @Override public ClientHttpResponse intercept(HttpRequest httpRequest, byte[] bytes, ClientHttpRequestExecution clientHttpRequestExecution) throws IOException { HttpRequestWrapper requestWrapper = new HttpRequestWrapper(httpRequest); String xid = RootContext.getXID(); if (!StringUtils.isEmpty(xid)) { requestWrapper.getHeaders().add(RootContext.KEY_XID, xid); } return clientHttpRequestExecution.execute(requestWrapper, bytes); } }
-
- 给 RestTemplate 设置拦截器
restTemplate.setInterceptors(Collections.singletonList(new SeataRestTemplateInterceptor()));
- 定义拦截器：
- 远程服务提供方：基于 WEB 拦截器做前置、后置处理。处理方式完全和 Spring Cloud OpenFeign一样，即可以复用上面的 SeataHandlerInterceptor
- 远程服务调用方：
（3）、Seata + 其他微服务框架
- 实现思路参考：3.2.2.2、事务传播的解决方案
- 在动手实现前，先查看 seata 包中是否已经默认提供相关方案。例如，motan、grpc 框架也享受和 Dubbo 框架同样的待遇，Seata 同样也默认提供了一个拥有传播事务XID的过滤器。
- 实在找不到现成方案，我想根据上面的思路，自己实现一套事务传播方案，相信对于各位能看到这里的胖友来说，应该是小意思。
四、Seata 分布式事务使用演示
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创建 3 个项目，order-service、storage-service、account-service
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order-service 开启事务，并通过 Spring Cloud OpenFeign 调用 storage-service 服务。
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storage-service 通过 RestTemplate 调用 account-service 提供的服务。
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account-service 提供的服务。
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通过 postman 调用 order-service 的接口，可以分别看到以下日志：
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通过日志，可以看到全局事务最终是提交的状态。而要使全局事务的回滚，只需要让其中一个分支事务失败即可，这里就不演示了。
五、Seata 工作原理简单分析
5.1、工作流程
这里使用 SkyWalking 进行链路追踪，给大家展示 四、Seata 分布式事务使用演示 的完整流程
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完整链路追踪：
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对 Postman 请求的链路追踪
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order-service
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storage-service
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account-service
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全局事务提交后，异步删除 undo_log
5.2、主要的类
- 在 2.5、ORM 框架支持 ，我们知道：
- Seata 虽然是保证数据一致性的组件，但对于 ORM 框架并没有特殊的要求，像主流的Mybatis，Mybatis-Plus，Spring Data JPA, Hibernate等都支持。这是因为ORM框架位于JDBC结构的上层，而 Seata 的 AT,XA 事务模式是对 JDBC 标准接口操作的拦截和增强。
- Seata 是如何对 JDBC 标准接口操作的拦截和增强？？？答案在 DataSourceProxy。
- 它对 DataSource 进行了增强
- 它的 getConnection 方法返回的是：ConnectionProxy
- ConnectionProxy 对 Connection 进行了增强
- 它的 prepareStatement 方法返回的是同样是一个 Proxy 代理类
- 从 DataSource 开始，Seata 对 JDBC 的标准接口进行了层层增强。而具体每一个增强类实现做了哪些事情，本博客就不深入探讨了。
- 已经有不少关于 DataSourceProxy 源码解读的博客，各位胖友们可以移步观看。