分布式事务——seata简单使用

1. 本地事务

1.1 事务的基本性质

数据库事务的几个特性：原子性、一致性、隔离性或独立性、持久性简称ACID
1）原子性；一系列的操作整体不可拆分，要么同时成功，要么同时失败
2）一致性：数据在事务前后，业务整体一致
3）隔离性：事务之间互相隔离
4）持久性：一旦事务成功，数据一定会落盘在数据库

在以往的单体应用中，我们多个业务操作使用同一事务连接操作不同的数据表，一旦有异常，我们可以很容易的整体回滚

1.2 事务隔离级别

1） READ UNCOMMITTED（读未提交）：该隔离级别的事务会读到其它未提交事务的数据，此现象也称之为脏读

2）READ COMMITTED（读已提交）：一个事务可以读取另一个已提交的事务，多次读取会造成不一样的结果，此现象称之为不可重复读问题，Oracle和SQL Server的默认隔离级别

3）REPEATABLE READ（可重复读）：该隔离级别是MySQL默认的隔离级别，在同一个事务里，select的结果是事务开始时时间点的状态，因此，同样的select操作读到的结果会是一致的，但是，会有幻读现象。MySQL的InnoDB引擎可以通过next-key locks机制来避免幻读

4）SERIALIZABLE（序列化）：在该隔离级别下事务都是串行顺序执行的，mysql数据库的InnoDB引擎会给操作隐式的加一把读共享锁，从而避免了脏读、不可重读复读和幻读问题。

1.3 事务的传播行为

1）PROPAGATION_REQUIRED：如果当前没有事务，就创建一个新事务，如果当前存在事务，就加入该事务，该设置是最常用的设置

2）PROPAGATION_SUPPORTS：支持当前事务，如果当前存在事务，就加入该事务，如果当前不存在事务，就以非事务执行

3）PROPAGATION_MANDATORY：支持当前事务，如果当前存在事务，就加入该事务，如果当前不存在事务，就抛出异常

4）PROPAGATION_REQUIRES_NEW：创建新事务，无论当前存不存在事务，都创建新事务

5）PROPAGATION_NOT_SUPPORTED：以非事务方式执行操作，如果当前存在事务，就把当前事务挂起

6）PROPAGATION_NEVER：以非事务方式执行，如果当前存在事务，则抛出异常

7）PROPAGATION_NESTED：如果当前存在事务，则嵌套事务内执行。如果当前没有事务，则执行PROPAGATION_REQUIRED类似的操作

1.4 SpringBoot中的本地事务问题

1.4.1 事务的自动配置

TransactionAutoConfiguration

1.4.2 事务的一个巨坑

        同一个对象内事务方法互调默认失效，原因是同一个对内的方法互调就相当于是将B方法copy到A方法，而boot中事务是使用代理对象来控制的，因此本地方法的互调就绕过了代理对象，从而导致在B上设置的事务行为不起作用了；但是如果同一个对象内调用的是其他类的方法，那么不会出现这个问题。

解决方案：使用代理对象来调用事务方法

1）引入AOP场景启动器

2）在启动类上使用注解@EnableAspectJAutoProxy开启AspectJ动态代理功能（即使没有接口也可以创建动态代理），因为默认使用的是JDK的动态代理。

3）并设置属性exposeProxy=true。即@EnableAspectJAutoProxy(exposeProxy=true)，表示对外暴露代理对象

4）用代理对象的类来调用。例如：OrderService order = (OrderService)AopContext.currentProxy(); 这样就可以使用这个代理对象来进行方法内的事务互调了。

2. 分布式事务

        分布式系统经常出现的异常：机器宕机、网络异常、消息丢失、消息乱序、数据错误、不可靠TCP‘存储数据丢失’。分布式事务是企业集成中的一个技术难点，也是每一个分布式系统架构中都会涉及到的一个东西，特别是在微服务架构中，几乎可以说是无法避免。

    一句话就是，一次业务操作需要垮多个数据源或需要垮多个系统进行远程调用,就会产生分布式事务问题

2.1 CAP定理与BASE理论

CAP原则又称CAP定理，指的是在一个分布式系统中：

1）一致性（Consistency）：在分布式系统中的所有数据备份，在同一时刻是否同样的值。（等同于所有节点访问同一份最新的数据副本）
2）可用性（Availability）：在集群中一部分节点故障后，集群整体是否还能够响应客户端的读写请求。（对数据更新具备高可用性）
3）分区容错性（Partition tolerance）：大多数分布式胸膛都分布在多个子网络。每个子网络就叫做一个区（partition）。分区容错的意思是，区间通信可能失败。例如：一台服务器放在中国，另一台放在美国，这两个就是两个区，他们之间可能无法通信

CAP原则指的是，这三个要素最多只能同时实现两点，不可能三者兼顾

2.2 Base理论

        是对CAP理论的延伸，思想是即使无法做到强一致性（CAP的一致性就是强一致性），但可以采用适当的采取弱一致性，即最终一致性。

Base是指：

2.2.1 基本可用（Basically Available）

        基本可用是指分布式系统在出现故障的时候，允许损失大部分可用性（例如响应时间、功能上的可用性），允许损失部分可用性。需要注意的是，基本可用绝不等价于系统不可用。

1）响应时间上的损失，正常情况下搜索引擎需要在0.5秒之内返回给用户相应的查询结果，但由于出现故障（比如系统部分机房发生断电或断网故障），查询结果的响应时间增加到了1-2秒。

2）功能上的损失，购入网站在购物高峰（如：双十一）时，为了保护系统的稳定性，部分消费者可能会被引导到一个降级页面。

2.2.2 软状态（Soft State）

        软状态是指允许系统存在中间状态，而该中间状态不会影响系统整体可用性。分布式存储中一般一份数据会有多个副本，允许不同副本同步的延时就是软状态的体现。mysql replication的异步复制也是一种体现。

2.2.3 最终一致性（Eventual Consistency）

        最终一致性是指系统中的所有数据副本经过一定时间后，最终能够达到一致的状态。弱一致性和强一致性相反，最终一致性是弱一致性的一种特殊情况

2.3 强一致性、弱一致性、最终一致性

        从客户端角度，多进程并发访问时，更新过的数据在不同进程如何获取额不同策略，决定了不同的一致性。对于关系型数据库，要求更新过的数据能被后续的访问都能看到，这是强一致性。如果能容忍后续部分的部分或者全部访问不到，则是弱一致性。如果经过一段时间后，要求能访问到更新后的数据，则是最终一致性。

分布式事务就是讨论围绕进行怎么样的一致性来做的。

3. 分布式事务几种方案

3.1 2PC模式

数据库支持2PC（2 phase commit），又叫做XA Transactions。

mysql从5.5版本开始支持，SQL server2005开始支持，Oracle7开始支持。其中，XA是一个两阶段提交协议，该协议分为以下两个阶段：

1）第一阶段：事务协调器要求每个涉及到事务的数据库预提交（precommit）此操作，并反映是否可以提交。

2）第二阶段：事务协调器要求每个数据库提交数据。

其中，如果有任何一个数据库否决此次提交，那么所欲数据库都会被要求回滚它们在此事务中的那部分信息。

这种方式（XA协议）概述

1）XA协议比较简单，而且一旦商业数据库实现了XA协议，使用分布式事务的成本也比较低。

2）XA性能不理想，特别是在交易下单链路，往往并发量很高，XA无法满足高并发场景

3）XA目前在商业数据库支持的比较理想，在mysql数据库中支持的不太理想，mysql的XA实现，没有记录prepare阶段日志，主备切换回导致主库与备库数据不一致

4）许多nosql也没有支持XA，这让XA的应用场景变得非常狭隘

5）也有3PC，引入了超时机制（无论协调者还是参与者，在向对方发送请求后，若长时间未收到回应则做出相应处理）

3.2 柔性事务

刚性事务：遵循ACID原则，强一致性
柔性事务：遵循BASE理论，最终一致性

与刚性事务不同，柔性事务允许一定时间内，不同节点的数据不一致，但要求最终一致。

3.2.1 TCC事务补偿型方案

一阶段prepare行为：调用自定义的prepare逻辑。

二阶段commit行为：调用自定义的commit逻辑

二阶段rollback行为：调用自定义的rollback逻辑

所谓TCC模式，是指支持把自定义的分支事务纳入到全局事务的管理中

3.2.2 最大努力通知型方案

        按规律进行通知，不保证数据一定能通知成功，但会提供可查询操作接口进行核对。这种方案主要用在与第三方系统通讯时，比如；调用微信或支付宝支付后的支付结果通知。这种方案也是结合MQ进行实现，例如；通过MQ发送http请求，设置最大通知次数。达到通知次数后即不在通知。
案例：银行通知、商户通知等（各大交易业务平台间的商户通知；多次通知、查询校对、对账文件），支付宝的支付成功异步回调等

3.2.3 可靠消息+最终一致性方案（异步确保型）

实现：业务处理服务在业务事务提交之前，向实时消息服务请求发送消息，实时消息服务只记录消息数据，而不是真正的发送。业务处理服务在业务事务提交之后，向实时消息服务确认发送。只有在得到确认发送指令后，实时消息服务才会真正发送

4. 分布式事务解决技术——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

官方参考地址：http://seata.io/zh-cn/

4.1 一个典型的分布式事务过程

分布式事务处理过程-ID+三组件模型

Transaction ID(XID)：全局唯一的事务id

三组件概念：

1）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

2）Transaction Manager(TM)：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（也就是添加了注解@GlobalTransactional的方法是事务发起者）

3）Resource Manager(RM)：控制分支事务,负责分支注册、状态汇报,并接受事务协调的指令,驱动分支(本地)事务的提交和回滚（@GlobalTransactional方法下面需要控制的远程方法的事务）

4.2 使用步骤（使用文件方式）

注；生产都是使用db方式

4.2.1 给每个服务的每个数据库添加数据表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;

4.2.2 下事务协调器——seata-server

从 https://github.com/seata/seata/releases 下载

4.2.3 在项目导入seata依赖

    com.alibaba.cloud
    spring-cloud-starter-alibaba-seata

注意：查看引入的依赖，可以看到一个jar，如图：

该版本就是我们seata-server的版本即版本是071，对应官方版本，如图：

因此，需要下载这个版本

4.2.4 启动seata

打开刚才下载的文件，进入conf目录，可以看到两个比较重要的配置文件

1）配置中心：file.conf

2）注册中心配置：registry.conf

修改注册中心，将注册中心类型指定为nacos，并指定注册中心服务器地址。

然后，进入bin目录，根据系统选择合适的seata-server启动。例如；Windows系统，双击seata-server.bat即可，如图：

查看nacos注册中心，发现，seata成功的注册进去了，如图：

4.2.5 配置代理数据源

因为 Seata 通过代理数据源实现分支事务，如果没有注入，事务无法成功回滚

查看boot的默认的数据源配置，打开数据源自动配置类DataSourceAutoConfiguration，找到PooledDataSourceConfiguration的import，如图：

boot默认用的是Hikari数据源。

配置类如下：

package com.bjc.gulimall.order.config;

import com.zaxxer.hikari.HikariDataSource;
import io.seata.rm.datasource.DataSourceProxy;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.boot.autoconfigure.jdbc.DataSourceProperties;
import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;
import org.springframework.util.StringUtils;

import javax.sql.DataSource;

/**
 * @描述：seata的配置文件
 * @创建时间: 2021/3/27
 */
@Configuration
public class MySeataConfig {

    /*
    * 因为DataSourceAutoConfiguration的配置依赖DataSourceProperties，该配置类定义了数据源的所有信息
    * */
    @Autowired
    DataSourceProperties dataSourceProperties;

    @Bean
    public DataSource dataSource(DataSourceProperties dataSourceProperties){
        /*
        * 打开boot的默认数据源Hikari，可以看到  HikariDataSource dataSource = createDataSource(properties, HikariDataSource.class);
        * 进入 createDataSource 方法，可以看到boot就是使用的dataSourceProperties来创建的数据源，
        * properties.initializeDataSourceBuilder().type(type).build();
        * */
        // 也使用boot默认的数据源
        Class type = HikariDataSource.class;
        HikariDataSource dataSource = (HikariDataSource) dataSourceProperties.initializeDataSourceBuilder().type(type).build();
        if (StringUtils.hasText(dataSourceProperties.getName())) {
            dataSource.setPoolName(dataSourceProperties.getName());
        }
        // 将数据源用seata代理包装，返回自定义的代理数据源
        DataSourceProxy dataSourceProxy = new DataSourceProxy(dataSource);
        return dataSourceProxy;
    }

}

4.2.6 将seata的两个配置文件都copy到每个微服务

如图：

官网警告：

file.conf 的 service.vgroup_mapping 配置必须和spring.application.name一致

在 org.springframework.cloud:spring-cloud-starter-alibaba-seata的org.springframework.cloud.alibaba.seata.GlobalTransactionAutoConfiguration类中，默认会使用 ${spring.application.name}-fescar-service-group作为服务名注册到 Seata Server上，如果和file.conf中的配置不一致，会提示 no available server to connect错误

这个地方的意思就是，在file.conf的service下的vgroup_mapping后面需要跟当前应用名称 + 【 -fescar-service-group 】，例如;

 注意：也可以通过配置 spring.cloud.alibaba.seata.tx-service-group修改后缀，但是必须和file.conf中的配置保持一致

例如：在application.paoperties中配置如下内容：

spring.cloud.alibaba.seata.tx-service-group=xxx

4.2.7 开启全局事务

根据官方文档介绍，开启全局事务很简单，只需要使用一个 @GlobalTransactional 注解在业务方法上，官方文档如图：

注意：该注解需要加在大事务的入口，方法上也要加上本地事务注解@Transactional，分支事务（每一个远程的小事务）只需要加上@Transactional注解即可，如图：

大事务

分支事务

 4.3 启动测试

故意在远程调用之后加上异常，如图：

调用成功，订单没插入数据，但是，库存扣减了数据，产生了数据不一致问题。加上注解 @GlobalTransactional之后，事务成功的控制住了。

5. seata详细

5.1 配置文件解释

5.1.1 注册中心配置（registry.conf）

1）registry：用于配置注册中心相关的信息

    1.1 type：指定注册中心类型

    1.2 nacos/eureka...：对应的注册中心的配置

    1.3 file：如果type指定为file的话，这个地方就需要配置，值就是file.conf

如图：

2）config：代表seata的配置

    2.1 type：指定配置中心类型。默认是file，在同类目录下有一个file.conf，该文件配置了seata的所有信息。如果将type指定为nacos，那么，可以将file.conf全部搬家到nacos

5.1.2 配置中心配置

在seata的conf目录下，有一个file.conf，该文件就是对seata的配置

1）transport：表示传输配置

    1.1 type：配置传输协议类型

    1.2 server：服务类型。默认是NIO

    1.3 heartbeat：是否有心跳连接。默认true

    1.4 thread-factory：线程工厂

2）client：客户端配置

3）store：事务日志存储配置

    3.1 type：事务日志存储类型，默认是file

    3.2 file：如果type=file，那么就需要指定file。

    3.3 db：如果type=db，那么就需要指定数据库相关信息。包括数据库连接地址，连接池，账号密码、三张表（global_table、branch_table、lock_table）

5.2 Seata-Server安装

1）下载对应的版本

2）解压到指定目录进行相应的配置（主要修改:自定义事务组名称+事务日志存储模式为db+数据库连接，即file.conf文件的service模块与store模块）

3）数据库新建库seata

建表语句在conf目录下的db_store.sql文件，新建一个数据库作为总的数据库。例如：seata

4）启动

5.3 seata踩坑记录

5.3.1 关于配置文件

官方介绍的方式有两种，第一种是直接将seata的两个配置文件拷贝到对应的微服务，然后修改vgroup_mapping后面的key为微服务名+my_test_tx_group，但是，使用该方式，只有第一个服务启动成功，后面的全部失败了。

后来改成yml配置的方式；

1）自定义vgroup_mapping的key，例如；vgroup_mapping.fsp-tx-group

2）在对应的yml中配置

spring.cloud.alibaba.seata.tx-service-group=fsp-tx-group

注意：与file.conf的 vgroup_mapping的key的值保持一致即可，如图：

5.3.2 关于数据源

有点服务会报数据源的错误，这时候，可以在启动类上排除掉boot的自动数据源配置，使用我们自己的数据源配置，如图；

 

5.3.3 关于数据表

表db_undo_log是在每个数据库都需要创建一个，在seata的总表新建三张表，如图：

这些表也在seata的conf目录下。

注意：如果采取的file的方式，不需要这三张表

6. 采用数据库的方式

步骤与file方式一样，只是多加了几个补充步骤：

1）新建一个库，用于存放三张seata业务表

在配置store的时候，数据库连接信息就是用的这个库 

2）修改file.conf配置文件的store配置，如图：

 

3）将数据源配置改成德鲁伊

其他的步骤与file的一模一样

注意：生产上一般用1.0以上的版本

7. seata工作流程

seata有四大工作模式，默认使用的是就是无侵入自动补偿的事务模式（AT模式）

1）TM开启分布式事务（TM向TC注册全局事务记录）
2）按业务场景，编排数据库、服务等事务中资源（RM向TC会报资源准备状态）
3）TM结束分布式事务，事务一阶段结束（TM通知TC提交/回滚分布式事务）
4）TC汇总事务信息，决定分布式事务是提交还是回滚
5）TC通知所有RM提交/回滚资源，事务二阶段结束

从工作流程可以知道seata的工作流程可以简单的概括为TC——> TM ——> RM

关系可以用如下图表示：

AT模式如何做到对业务的无侵入的？

一阶段：业务数据和回滚日志记录（我们在每个库中建立的表undo_log）在同一个本地事务中提交，释放本地锁和连接资源（lock_table、branch_table、global_table）

    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，将其保存成“after image”，最后生成行锁。

以上操作全部在一个数据事务内完成，这样保证了一阶段操作的原子性

二阶段：

    1）提交异步化，非常快速的完成。

          二阶段如果是顺利提交的话，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。

    2）二阶段回滚，回滚通过一阶段的回滚日志进行反向补偿

          二阶段如果是回滚到话，seata就需要回滚一阶段已经执行的“业务SQL”，还原业务数据。回滚方式便是用“before image”还原业务数据；但在还原前首先要校验脏写，对比“数据库当前业务数据”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，如果不一致就说明有脏写，出现脏写就需要转人工处理

        

总结：seata工作原理就是spring的AOP思想+回退反写机制