分布式事务-Seata

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前言

分布式事务:在分布式系统下,一个业务跨越多个服务或者数据源,每个服务都是一个分支事务,要保证所有分支事务最终一致,这样的事务就是分布式事务、

事务ACID原则

• 原子性：事务中的所有操作，要么全部成功，要么全部失败
• 一致性：要保证数据库内部完整性约束、声明性约束
• 隔离性：对同一资源操作的事务不能同时发生
• 持久性：对数据库做的一切修改将永久保存，不管是否出现故障

一、理论基础

1.1 CAP理论

1998年，加州大学的计算机科学家 Eric Brewer 提出，分布式系统有三个指标：

• Consistency（一致性）
• Availability（可用性）
• Partition tolerance （分区容错性）

分布式系统无法同时满足这三个指标。 这个结论就叫做 CAP 定理。

1.1.1 Consistency（一致性）

用户访问分布式系统中的任意节点，得到的数据必须一致

1.1.2 Availability （可用性）

用户访问集群中的任意健康节点，必须能得到响应，而不是超时或拒绝

1.1.3 Partition（分区)—Tolerance（容错）

Partition（分区）：因为网络故障或其它原因导致分布式系统中的部分节点与其它节点失去连接，形成独立分区。

Tolerance（容错）：在集群出现分区时，整个系统也要持续对外提供服务

1.1.4 结论

• 分布式系统节点之间肯定需要网络连接,那么 分区(P)必然是存在的
• 如果保证访问的高可用(A),可以持续对外提供服务,但不能保证数据的强一致性----AP
• 如果保证访问的数据强一致性©,就要放弃高可用性 ---->CP

1.2 BASE理论

BASE理论是对CAP的一种解决思路，包含三个思想：

• Basically Available （基本可用）：分布式系统在出现故障时，允许损失部分可用性，即保证核心可用。
• Soft State（软状态）：在一定时间内，允许出现中间状态，比如临时的不一致状态。
• Eventually Consistent（最终一致性）：虽然无法保证强一致性，但是在软状态结束后，最终达到数据一致。

而分布式事务最大的问题是各个子事务的一致性问题，因此可以借鉴CAP定理和BASE理论：

• AP模式：各子事务分别执行和提交，允许出现结果不一致，然后采用弥补措施恢复数据即可，实现最终一致。
• CP模式：各个子事务执行后互相等待，同时提交，同时回滚，达成强一致。但事务等待过程中，处于弱可用状态

二、Seata简介

官网地址:http://seata.io

Seata（Simple Extensible Autonomous Transaction Architecture）是一个分布式事务解决方案，由阿里巴巴中间件团队于2019年1月发起，其愿景是让分布式事务的使用像本地事务的使用一样，简单和高效。它从业务无侵入的2PC方案着手，把一个分布式事务理解成一个包含若干分支事务的全局事务。

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。在 Seata 开源之前，其内部版本在阿里系内部一直扮演着应用架构层数据一致性的中间件角色，帮助经济体平稳的度过历年的双11，对上层业务进行了有力的技术支撑。经过多年沉淀与积累，其商业化产品先后在阿里云、金融云上售卖。2019.1 为了打造更加完善的技术生态和普惠技术成果，Seata 正式宣布对外开源，未来 Seata 将以社区共建的形式帮助用户快速落地分布式事务解决方案。

三、Seata架构

Seata事务管理中有三个重要的角色：

• TC (Transaction Coordinator) - 事务协调者：维护全局和分支事务的状态，协调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。

四、安装Seata

4.1 下载

下载地址:http://seata.io/zh-cn/docs/download

4.2 解压到非中文目录

我这里使用的是1.4.2的版本演示

4.3 修改conf目录下的registry.conf文件

registry {
	# file 、nacos 、eureka、redis、zk、consul、etcd3、sofa
  # tc服务的注册中心类，这里选择nacos，也可以是eureka、zookeeper等
  type = "nacos"

  nacos {
    # seata tc 服务注册到 nacos的服务名称，可以自定义
    application = "seata-tc-server"
    serverAddr = "127.0.0.1:8848"
    group = "DEFAULT_GROUP"
	# namespace为空默认public的
    namespace = ""  
    cluster = "SH"
	# 用户名密码自行修改
    username = "nacos" 
    password = "nacos"
  }
}

config {
  # 读取tc服务端的配置文件的方式，这里是从nacos配置中心读取，这样如果tc是集群，可以共享配置
  # 配置中心也选用nacos
  type = "nacos"
  # 配置nacos地址等信息
  nacos {
    serverAddr = "127.0.0.1:8848"
    namespace = ""
    group = "SEATA_GROUP"
    username = "nacos"
    password = "nacos"
    dataId = "seataServer.properties"
  }
}

4.4 在nacos添加配置

特别注意，为了让tc服务的集群可以共享配置，我们选择了nacos作为统一配置中心。因此服务端配置文件
seataServer.properties文件需要在nacos中配好。
DataID和Group要跟registry.conf里配置的一致

配置内容如下:
其中的数据库地址,用户名,密码都需要修改成自己的数据库信息

# 数据存储方式，db代表数据库
store.mode=db
store.db.datasource=druid
store.db.dbType=mysql
store.db.driverClassName=com.mysql.jdbc.Driver
store.db.url=jdbc:mysql://127.0.0.1:3306/seata?useUnicode=true&rewriteBatchedStatements=true
store.db.user=root
store.db.password=123
store.db.minConn=5
store.db.maxConn=30
store.db.globalTable=global_table
store.db.branchTable=branch_table
store.db.queryLimit=100
store.db.lockTable=lock_table
store.db.maxWait=5000
# 事务、日志等配置
server.recovery.committingRetryPeriod=1000
server.recovery.asynCommittingRetryPeriod=1000
server.recovery.rollbackingRetryPeriod=1000
server.recovery.timeoutRetryPeriod=1000
server.maxCommitRetryTimeout=-1
server.maxRollbackRetryTimeout=-1
server.rollbackRetryTimeoutUnlockEnable=false
server.undo.logSaveDays=7
server.undo.logDeletePeriod=86400000

# 客户端与服务端传输方式
transport.serialization=seata
transport.compressor=none
# 关闭metrics功能，提高性能
metrics.enabled=false
metrics.registryType=compact
metrics.exporterList=prometheus
metrics.exporterPrometheusPort=9898

4.5 .创建数据库表

特别注意：tc服务在管理分布式事务时，需要记录事务相关数据到数据库中，你需要提前创建好这些表。

1. 新建一个名为seata的数据库创建
2. 导入global_table、branch_table
建表sql资源目录:https://github.com/seata/seata/blob/1.4.2/script/server/db

   
   SET NAMES utf8mb4;
   SET FOREIGN_KEY_CHECKS = 0;
   
   -- ----------------------------
   -- 分支事务表
   -- ----------------------------
   DROP TABLE IF EXISTS `branch_table`;
   CREATE TABLE `branch_table`  (
     `branch_id` bigint(20) NOT NULL,
     `xid` varchar(128) CHARACTER SET utf8 COLLATE utf8_general_ci NOT NULL,
     `transaction_id` bigint(20) NULL DEFAULT NULL,
     `resource_group_id` varchar(32) CHARACTER SET utf8 COLLATE utf8_general_ci NULL DEFAULT NULL,
     `resource_id` varchar(256) CHARACTER SET utf8 COLLATE utf8_general_ci NULL DEFAULT NULL,
     `branch_type` varchar(8) CHARACTER SET utf8 COLLATE utf8_general_ci NULL DEFAULT NULL,
     `status` tinyint(4) NULL DEFAULT NULL,
     `client_id` varchar(64) CHARACTER SET utf8 COLLATE utf8_general_ci NULL DEFAULT NULL,
     `application_data` varchar(2000) CHARACTER SET utf8 COLLATE utf8_general_ci NULL DEFAULT NULL,
     `gmt_create` datetime(6) NULL DEFAULT NULL,
     `gmt_modified` datetime(6) NULL DEFAULT NULL,
     PRIMARY KEY (`branch_id`) USING BTREE,
     INDEX `idx_xid`(`xid`) USING BTREE
   ) ENGINE = InnoDB CHARACTER SET = utf8 COLLATE = utf8_general_ci ROW_FORMAT = Compact;
   
   -- ----------------------------
   -- 全局事务表
   -- ----------------------------
   DROP TABLE IF EXISTS `global_table`;
   CREATE TABLE `global_table`  (
     `xid` varchar(128) CHARACTER SET utf8 COLLATE utf8_general_ci NOT NULL,
     `transaction_id` bigint(20) NULL DEFAULT NULL,
     `status` tinyint(4) NOT NULL,
     `application_id` varchar(32) CHARACTER SET utf8 COLLATE utf8_general_ci NULL DEFAULT NULL,
     `transaction_service_group` varchar(32) CHARACTER SET utf8 COLLATE utf8_general_ci NULL DEFAULT NULL,
     `transaction_name` varchar(128) CHARACTER SET utf8 COLLATE utf8_general_ci NULL DEFAULT NULL,
     `timeout` int(11) NULL DEFAULT NULL,
     `begin_time` bigint(20) NULL DEFAULT NULL,
     `application_data` varchar(2000) CHARACTER SET utf8 COLLATE utf8_general_ci NULL DEFAULT NULL,
     `gmt_create` datetime NULL DEFAULT NULL,
     `gmt_modified` datetime NULL DEFAULT NULL,
     PRIMARY KEY (`xid`) USING BTREE,
     INDEX `idx_gmt_modified_status`(`gmt_modified`, `status`) USING BTREE,
     INDEX `idx_transaction_id`(`transaction_id`) USING BTREE
   ) ENGINE = InnoDB CHARACTER SET = utf8 COLLATE = utf8_general_ci ROW_FORMAT = Compact;
   
   SET FOREIGN_KEY_CHECKS = 1;
   

4.6 启动TC服务

进入bin目录，运行其中的seata-server.bat即可：
启动成功后，seata-server应该已经注册到nacos注册中心了。

五、微服务集成Seata

5.1 引入依赖

<dependency>
    <groupId>com.alibaba.cloudgroupId>
    <artifactId>spring-cloud-starter-alibaba-seataartifactId>
dependency>

5.2 添加yml配置

包括各种事务模式的配置,每个微服务模块都要配置

seata:
  registry: # TC服务注册中心的配置，微服务根据这些信息去注册中心获取tc服务地址
    type: nacos # 注册中心类型 nacos
    nacos:
      server-addr: 127.0.0.1:8848 # nacos地址
      namespace: "" # namespace，默认为空
      group: DEFAULT_GROUP # 分组，默认是DEFAULT_GROUP
      application: seata-tc-server # seata服务名称
      username: nacos
      password: nacos
  tx-service-group: seata-demo # 事务组名称
  service:
    vgroup-mapping: # 事务组与cluster的映射关系
      seata-demo: SH

namespace为空，就是默认的public
结合起来，TC服务的信息就是：public@DEFAULT_GROUP@seata-tc-server@SH，这样就能确定TC服务集
群了。然后就可以去Nacos拉取对应的实例信息了。

六、Seata中的四种不同的事务模式

官方文档:http://seata.io/zh-cn/blog/seata-quick-start/#11-%E5%9B%9B%E7%A7%8D%E4%BA%8B%E5%8A%A1%E6%A8%A1%E5%BC%8F

Seata提供了四种分布式事务解决方案:

• XA模式: 强一致性分阶段事务模式,牺牲了一定的可用性,无业务侵入
• AT模式: 最终一致的分阶段事务模式,无业务侵入,也是Seata的默认模式
• TCC模式: 最终一致性的分阶段事务模式,有业务侵入
• SAGA模式: 长事务模式,有业务侵入

6.1 XA模式-----CP

6.1.1 概念

XA 规范 是 X/Open 组织定义的分布式事务处理（DTP，Distributed Transaction Processing）标准，XA 规
范 描述了全局的TM与局部的RM之间的接口，几乎所有主流的数据库都对 XA 规范 提供了支持。

一阶段：

• 事务协调者通知每个事物参与者执行本地事务
• 本地事务执行完成后报告事务执行状态给事务协调者，此时事务不提交，继续持有数据库锁

二阶段：

• 事务协调者基于一阶段的报告来判断下一步操作
  • 如果一阶段都成功，则通知所有事务参与者，提交事务
  • 如果一阶段任意一个参与者失败，则通知所有事务参与者回滚事务

RM一阶段的工作：
① 注册分支事务到TC
② 执行分支业务sql但不提交
③ 报告执行状态到TC
TC二阶段的工作：
TC检测各分支事务执行状态
a.如果都成功，通知所有RM提交事务
b.如果有失败，通知所有RM回滚事务
RM二阶段的工作：
接收TC指令，提交或回滚事务

6.1.2 优缺点

XA模式的优点是什么？

• 事务的强一致性，满足ACID原则。
• 常用数据库都支持，实现简单，并且没有代码侵入

XA模式的缺点是什么？

• 因为一阶段需要锁定数据库资源，等待二阶段结束才释放，性能较差
• 依赖关系型数据库实现事务

6.1.3 代码实现

1. 添加配置

   seata:
     data-source-proxy-mode: XA # 开启数据源代理的XA模式
   

2. 给发起全局事务的入口方法添加@GlobalTransactional注解

3. 重启进行测试

6.2 AT模式-----AP

6.2.1 概念

AT模式同样是分阶段提交的事务模型，不过缺弥补了XA模型中资源锁定周期过长的缺陷。

阶段一RM的工作：

• 注册分支事务
• 记录undo-log（数据快照）
• 执行业务sql并提交
• 报告事务状态

阶段二提交时RM的工作：

• 删除undo-log即可

阶段二回滚时RM的工作：

• 根据undo-log恢复数据到更新前

6.2.2 AT与XA的区别

• XA模式一阶段不提交事务，锁定资源；AT模式一阶段直接提交，不锁定资源。
• XA模式依赖数据库机制实现回滚；AT模式利用数据快照实现数据回滚。
• XA模式强一致；AT模式最终一致

6.2.3 脏写问题

解决思路就是引入了全局锁的概念。在释放DB锁之前，先拿到全局锁。避免同一时刻有另外一个事务来操作
当前数据。

6.2.3 优缺点

AT模式的优点：

• 一阶段完成直接提交事务，释放数据库资源，性能比较好
• 利用全局锁实现读写隔离
• 没有代码侵入，框架自动完成回滚和提交

AT模式的缺点：

• 两阶段之间属于软状态，属于最终一致
• 框架的快照功能会影响性能，但比XA模式要好很多

6.2.4 代码实现

AT模式中的快照生成、回滚等动作都是由框架自动完成，没有任何代码侵入，因此实现非常简单。
只不过，AT模式需要一个表来记录全局锁、另一张表来记录数据快照undo_log(因为数据快照对应的是各个微服务的数据备份,所以每个微服务对应的数据库都要配置)

1. 导入数据库表，记录全局锁

   其中lock_table导入到TC服务关联的数据库，undo_log表导入到微服务关联的数据库
   

   SET NAMES utf8mb4;
   SET FOREIGN_KEY_CHECKS = 0;
   
   -- ----------------------------
   -- Table structure for undo_log
   -- ----------------------------
   DROP TABLE IF EXISTS `undo_log`;
   CREATE TABLE `undo_log`  (
     `branch_id` bigint(20) NOT NULL COMMENT 'branch transaction id',
     `xid` varchar(100) CHARACTER SET utf8 COLLATE utf8_general_ci NOT NULL COMMENT 'global transaction id',
     `context` varchar(128) CHARACTER SET utf8 COLLATE utf8_general_ci 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 INDEX `ux_undo_log`(`xid`, `branch_id`) USING BTREE
   ) ENGINE = InnoDB CHARACTER SET = utf8 COLLATE = utf8_general_ci COMMENT = 'AT transaction mode undo table' ROW_FORMAT = Compact;
   
   -- ----------------------------
   -- Records of undo_log
   -- ----------------------------
   
   -- ----------------------------
   -- Table structure for lock_table
   -- ----------------------------
   DROP TABLE IF EXISTS `lock_table`;
   CREATE TABLE `lock_table`  (
     `row_key` varchar(128) CHARACTER SET utf8 COLLATE utf8_general_ci NOT NULL,
     `xid` varchar(96) CHARACTER SET utf8 COLLATE utf8_general_ci NULL DEFAULT NULL,
     `transaction_id` bigint(20) NULL DEFAULT NULL,
     `branch_id` bigint(20) NOT NULL,
     `resource_id` varchar(256) CHARACTER SET utf8 COLLATE utf8_general_ci NULL DEFAULT NULL,
     `table_name` varchar(32) CHARACTER SET utf8 COLLATE utf8_general_ci NULL DEFAULT NULL,
     `pk` varchar(36) CHARACTER SET utf8 COLLATE utf8_general_ci NULL DEFAULT NULL,
     `gmt_create` datetime NULL DEFAULT NULL,
     `gmt_modified` datetime NULL DEFAULT NULL,
     PRIMARY KEY (`row_key`) USING BTREE,
     INDEX `idx_branch_id`(`branch_id`) USING BTREE
   ) ENGINE = InnoDB CHARACTER SET = utf8 COLLATE = utf8_general_ci ROW_FORMAT = Compact;
   
   
   SET FOREIGN_KEY_CHECKS = 1;
   

2. 将事务模式修改为AT模式即可：

   seata:
   	data-source-proxy-mode: AT
   

3. 给发起全局事务的入口方法添加@GlobalTransactional注解

4. 重启服务并测试

6.3 TCC模式—AP

6.3.1 概念

TCC模式与AT模式非常相似，每阶段都是独立事务，不同的是TCC通过人工编码来实现数据恢复。需要实现
三个方法：

• Try：资源的检测和预留；
• Confirm：完成资源操作业务；要求 Try 成功 Confirm 一定要能成功。
• Cancel：预留资源释放，可以理解为try的反向操作。
  

6.3.2 优缺点

TCC模式的每个阶段是做什么的？

• Try：资源检查和预留
• Confirm：业务执行和提交
• Cancel：预留资源的释放

TCC的优点是什么？

• 一阶段完成直接提交事务，释放数据库资源，性能好
• 相比AT模型，无需生成快照，无需使用全局锁，性能最强
• 不依赖数据库事务，而是依赖补偿操作，可以用于非事务型数据库

TCC的缺点是什么？

• 有代码侵入，需要人为编写try、Confirm和Cancel接口，太麻烦
• 软状态，事务是最终一致
• 需要考虑Confirm和Cancel的失败情况，做好幂等处理

6.3.3 空回滚和业务悬挂

空回滚: 当某分支事务的try阶段阻塞时，可能导致全局事务超时而触发二阶段的cancel操作。在未执行try操作时先执行了cancel操作，这时cancel不能做回滚，就是空回滚。
业务悬挂: 对于已经空回滚的业务，之前被阻塞的try操作恢复，继续执行try，就永远不可能confirm或cancel ，事务一直处于中间状态，这就是业务悬挂。执行try操作时，应当判断cancel是否已经执行过了，如果已经执行，应当阻止空回滚后的try操作，避免悬挂

6.3.4 代码实现

解决空回滚和业务悬挂问题，必须要记录当前事务状态，是在try、还是cancel？

1. 定义一张表来记录事务状态
   这张表可以自己根据业务要求自己添加无需和下表一样

   CREATE TABLE `account_freeze` (
   `xid` varchar(128) NOT NULL,
   `user_id` varchar(255) DEFAULT NULL COMMENT '用户id',
   `freeze_money` int(11) unsigned DEFAULT '0' COMMENT '冻结金额',
   `state` int(1) DEFAULT NULL COMMENT '事务状态，0:try，1:confirm，2:cancel',
   PRIMARY KEY (`xid`) USING BTREE
   ) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8 ROW_FORMAT=COMPACT;
   

2. 声明TCC接口
   TCC的Try、Confirm、Cancel方法都需要在接口中基于注解来声明，

   @LocalTCC // 声明当前接口是一个TCC接口
   public interface AccountTCCService {
   
   // TwoPhaseBusinessAction注解的作用：用来声明try和confirm和cancel方法对应的名称
   @TwoPhaseBusinessAction(name = "deduct", commitMethod = "confirm",rollbackMethod = "cancel")
   void deduct(@BusinessActionContextParameter(paramName = "userId") StringuserId,@BusinessActionContextParameter(paramName = "money")int money);
   // @BusinessActionContextParameter作用就是把参数放到BusinessActionContext对象中
   // 在confirm和cancel方法中就可以从BusinessActionContext对象中获取到相关的参数
   boolean confirm(BusinessActionContext ctx);
   
   boolean cancel(BusinessActionContext ctx);
   }
   

   参考:
   Try业务：

   • 记录冻结金额和事务状态到account_freeze表
   • 扣减account表可用金额

   Confirm业务

   • 根据xid删除account_freeze表的冻结记录

   Cancel业务

   • 修改account_freeze表，冻结金额为0，state为2
   • 修改account表，恢复可用金额

   如何判断是否空回滚？

   • cancel业务中，根据xid查询account_freeze_tbl，如果为null则说明try还没做，需要空回滚

   如何避免业务悬挂？

   • try业务中，根据xid查询account_freeze_tbl，如果已经存在则证明Cancel已经执行，拒绝执行try
     业务

6.4 SAGA模式(了解)

6.4.1 概念

Saga也分为两个阶段：

• 一阶段：直接提交本地事务
• 二阶段：成功则什么都不做；失败则通过编写补偿业务来回滚

相比TCC模式,没有预留操作,而是直接修改

6.4.2 优缺点

优点：

• 事务参与者可以基于事件驱动实现异步调用，吞吐高
• 一阶段直接提交事务，无锁，性能好
• 不用编写TCC中的三个阶段，实现简单

缺点：

• 软状态持续时间不确定，时效性差
• 没有锁，没有事务隔离，会有脏写

6.5 四种模式对比

	XA	AT	TCC	SAGA
一致性	强一致	弱一致	弱一致	最终一致
隔离性	完全隔离	基于全局锁隔离	基于资源预留隔离	无隔离
代码侵入	无	无	有，要实现接口的是三个方法	有，要编写状态机和补偿业务
性能	差（同步阻塞）	好	非常好	非常好
场景	与一致性、隔离性要求高的业务	基于关系型数据库的大多数分布式业务场景都可以	性能要求较高的事务;有非关系型数据库参与的事务	业务流程长、业务流程多