Alibaba分布式事务组件Seata XA&TCC实战

1. Seata XA模式实战

XA协议最主要的作用是就是定义了RM-TM的交互接口，XA规范除了定义的RM-TM交互的接口(XA Interface)之外，还对两阶段提交协议进行了优化。

1.1 整体机制

在 Seata 定义的分布式事务框架内，利用事务资源（数据库、消息服务等）对 XA 协议的支持，以 XA 协议的机制来管理分支事务的一种事务模式。

1. 执行阶段：

可回滚：业务 SQL 操作放在 XA 分支中进行，由资源对 XA 协议的支持来保证 可回滚

持久化：XA 分支完成后，执行 XA prepare，同样，由资源对 XA 协议的支持来保证 持久化

1. 完成阶段：

分支提交：执行 XA 分支的 commit

分支回滚：执行 XA 分支的 rollback

AT和XA模式数据源代理机制对比

XA 模式的使用

从编程模型上，XA 模式与 AT 模式保持完全一致。只需要修改数据源代理，即可实现 XA 模式与 AT 模式之间的切换。

@Bean("dataSource")
public DataSource dataSource(DruidDataSource druidDataSource) {
    // DataSourceProxy for AT mode
    // return new DataSourceProxy(druidDataSource);

    // DataSourceProxyXA for XA mode
    return new DataSourceProxyXA(druidDataSource);
}

1.2 Spring Cloud Alibaba整合Seata XA实战

对比Seata AT模式配置，只需修改两个地方：

1. 微服务数据库不需要undo_log表，undo_log表仅用于AT模式
2. 修改数据源代码模式为XA模式

seata: # 数据源代理模式 默认AT data-source-proxy-mode: XA

2. Seata TCC模式实战

2.1 什么是TCC

TCC 基于分布式事务中的二阶段提交协议实现，它的全称为 Try-Confirm-Cancel，即资源预留（Try）、确认操作（Confirm）、取消操作（Cancel），他们的具体含义如下：

1. Try：对业务资源的检查并预留；
2. Confirm：对业务处理进行提交，即 commit 操作，只要 Try 成功，那么该步骤一定成功；
3. Cancel：对业务处理进行取消，即回滚操作，该步骤回对 Try 预留的资源进行释放。

1. XA是资源层面的分布式事务，强一致性，在两阶段提交的整个过程中，一直会持有资源的锁。
2. TCC是业务层面的分布式事务，最终一致性，不会一直持有资源的锁。

TCC 是一种侵入式的分布式事务解决方案，以上三个操作都需要业务系统自行实现，对业务系统有着非常大的入侵性，设计相对复杂，但优点是 TCC 完全不依赖数据库，能够实现跨数据库、跨应用资源管理，对这些不同数据访问通过侵入式的编码方式实现一个原子操作，更好地解决了在各种复杂业务场景下的分布式事务问题。

常见开源TCC框架:

1. Seata TCC
2. Hmily
3. Tcc-Transaction
4. ByteTCC
5. EasyTransaction

2.2 以用户下单为例

try-commit

try 阶段首先进行预留资源，然后在 commit 阶段扣除资源。如下图：

try-cancel

try 阶段首先进行预留资源，预留资源时扣减库存失败导致全局事务回滚，在 cancel 阶段释放资源。如下图：

2.3 Seata TCC 模式

一个分布式的全局事务，整体是 两阶段提交 的模型。全局事务是由若干分支事务组成的，分支事务要满足 两阶段提交 的模型要求，即需要每个分支事务都具备自己的：

1. 一阶段 prepare 行为
2. 二阶段 commit 或 rollback 行为

在Seata中，AT模式与TCC模式事实上都是两阶段提交的具体实现，他们的区别在于：

AT 模式基于 支持本地 ACID 事务的关系型数据库：

1. 一阶段 prepare 行为：在本地事务中，一并提交业务数据更新和相应回滚日志记录。
2. 二阶段 commit 行为：马上成功结束，自动异步批量清理回滚日志。
3. 二阶段 rollback 行为：通过回滚日志，自动生成补偿操作，完成数据回滚。

相应的，TCC 模式不依赖于底层数据资源的事务支持：

1. 一阶段 prepare 行为：调用自定义的 prepare 逻辑。
2. 二阶段 commit 行为：调用自定义的 commit 逻辑。
3. 二阶段 rollback 行为：调用自定义的 rollback 逻辑。

简单点概括，SEATA的TCC模式就是手工的AT模式，它允许你自定义两阶段的处理逻辑而不依赖AT模式的undo_log。

2.4 Seata TCC模式接口如何改造

假设现有一个业务需要同时使用服务 A 和服务 B 完成一个事务操作，我们在服务 A 定义该服务的一个 TCC 接口：

public interface TccActionOne {
    @TwoPhaseBusinessAction(name = "prepare", commitMethod = "commit", rollbackMethod = "rollback")
    public boolean prepare(BusinessActionContext actionContext, @BusinessActionContextParameter(paramName = "a") String a);

    public boolean commit(BusinessActionContext actionContext);

    public boolean rollback(BusinessActionContext actionContext);
}

同样，在服务 B 定义该服务的一个 TCC 接口：

public interface TccActionTwo {
    @TwoPhaseBusinessAction(name = "prepare", commitMethod = "commit", rollbackMethod = "rollback")
    public void prepare(BusinessActionContext actionContext, @BusinessActionContextParameter(paramName = "b") String b);

    public void commit(BusinessActionContext actionContext);

    public void rollback(BusinessActionContext actionContext);
}

在业务所在系统中开启全局事务并执行服务 A 和服务 B 的 TCC 预留资源方法：

@GlobalTransactional
public String doTransactionCommit(){
    //服务A事务参与者
    tccActionOne.prepare(null,"one");
    //服务B事务参与者
    tccActionTwo.prepare(null,"two");
}

以上就是使用 Seata TCC 模式实现一个全局事务的例子，TCC 模式同样使用 @GlobalTransactional 注解开启全局事务，而服务 A 和服务 B 的 TCC 接口为事务参与者，Seata 会把一个 TCC 接口当成一个 Resource，也叫 TCC Resource。

2.5 TCC如何控制异常

在 TCC 模型执行的过程中，还可能会出现各种异常，其中最为常见的有空回滚、幂等、悬挂等。TCC 模式是分布式事务中非常重要的事务模式，但是幂等、悬挂和空回滚一直是 TCC 模式需要考虑的问题，Seata 框架在 1.5.1 版本完美解决了这些问题。

如何处理空回滚

空回滚指的是在一个分布式事务中，在没有调用参与方的 Try 方法的情况下，TM 驱动二阶段回滚调用了参与方的 Cancel 方法。

那么空回滚是如何产生的呢？

如上图所示，全局事务开启后，参与者 A 分支注册完成之后会执行参与者一阶段 RPC 方法，如果此时参与者 A 所在的机器发生宕机，网络异常，都会造成 RPC 调用失败，即参与者 A 一阶段方法未成功执行，但是此时全局事务已经开启，Seata 必须要推进到终态，在全局事务回滚时会调用参与者 A 的 Cancel 方法，从而造成空回滚。

要想防止空回滚，那么必须在 Cancel 方法中识别这是一个空回滚，Seata 是如何做的呢？

Seata 的做法是新增一个 TCC 事务控制表，包含事务的 XID 和 BranchID 信息，在 Try 方法执行时插入一条记录，表示一阶段执行了，执行 Cancel 方法时读取这条记录，如果记录不存在，说明 Try 方法没有执行。

如何处理幂等

幂等问题指的是 TC 重复进行二阶段提交，因此 Confirm/Cancel 接口需要支持幂等处理，即不会产生资源重复提交或者重复释放。

那么幂等问题是如何产生的呢？

如上图所示，参与者 A 执行完二阶段之后，由于网络抖动或者宕机问题，会造成 TC 收不到参与者 A 执行二阶段的返回结果，TC 会重复发起调用，直到二阶段执行结果成功。

Seata 是如何处理幂等问题的呢？

同样的也是在 TCC 事务控制表中增加一个记录状态的字段 status，该字段有 3 个值，分别为：

1. tried：1
2. committed：2
3. rollbacked：3

二阶段 Confirm/Cancel 方法执行后，将状态改为 committed 或 rollbacked 状态。当重复调用二阶段 Confirm/Cancel 方法时，判断事务状态即可解决幂等问题。

如何处理悬挂

悬挂指的是二阶段 Cancel 方法比 一阶段 Try 方法优先执行，由于允许空回滚的原因，在执行完二阶段 Cancel 方法之后直接空回滚返回成功，此时全局事务已结束，但是由于 Try 方法随后执行，这就会造成一阶段 Try 方法预留的资源永远无法提交和释放了。

那么悬挂是如何产生的呢？

如上图所示，在执行参与者 A 的一阶段 Try 方法时，出现网路拥堵，由于 Seata 全局事务有超时限制，执行 Try 方法超时后，TM 决议全局回滚，回滚完成后如果此时 RPC 请求才到达参与者 A，执行 Try 方法进行资源预留，从而造成悬挂。

Seata 是怎么处理悬挂的呢？

在 TCC 事务控制表记录状态的字段 status 中增加一个状态：

1. suspended：4

当执行二阶段 Cancel 方法时，如果发现 TCC 事务控制表没有相关记录，说明二阶段 Cancel 方法优先一阶段 Try 方法执行，因此插入一条 status=4 状态的记录，当一阶段 Try 方法后面执行时，判断 status=4 ，则说明有二阶段 Cancel 已执行，并返回 false 以阻止一阶段 Try 方法执行成功。

2.6 Spring Cloud Alibaba整合Seata TCC实战

业务场景

用户下单，整个业务逻辑由三个微服务构成：

1. 库存服务：对给定的商品扣除库存数量。
2. 订单服务：根据采购需求创建订单。
3. 帐户服务：从用户帐户中扣除余额。

1) 环境准备

• 父pom指定微服务版本

Spring Cloud Alibaba Version	Spring Cloud Version	Spring Boot Version	Seata Version
2022.0.0.0	2022.0.0	3.0.2	1.7.0

1. 启动Seata Server(TC)端，Seata Server使用nacos作为配置中心和注册中心
2. 启动nacos服务

2) 微服务导入seata依赖

spring-cloud-starter-alibaba-seata内部集成了seata，并实现了xid传递

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

3）微服务application.yml中添加seata配置

seata:
  application-id: ${spring.application.name}
  # seata 服务分组，要与服务端配置service.vgroup_mapping的后缀对应
  tx-service-group: default_tx_group
  registry:
    # 指定nacos作为注册中心
    type: nacos
    nacos:
      application: seata-server
      server-addr: 127.0.0.1:8848
      namespace:
      group: SEATA_GROUP

  config:
    # 指定nacos作为配置中心
    type: nacos
    nacos:
      server-addr: 127.0.0.1:8848
      namespace: 7e838c12-8554-4231-82d5-6d93573ddf32
      group: SEATA_GROUP
      data-id: seataServer.properties

注意：请确保client与server的注册中心和配置中心namespace和group一致

4）定义TCC接口

TCC相关注解如下：

• @LocalTCC 适用于SpringCloud+Feign模式下的TCC，@LocalTCC一定需要注解在接口上，此接口可以是寻常的业务接口，只要实现了TCC的两阶段提交对应方法便可
• @TwoPhaseBusinessAction 注解try方法，其中name为当前tcc方法的bean名称，写方法名便可（全局唯一），commitMethod指向提交方法，rollbackMethod指向事务回滚方法。指定好三个方法之后，seata会根据全局事务的成功或失败，去帮我们自动调用提交方法或者回滚方法。
• @BusinessActionContextParameter 注解可以将参数传递到二阶段（commitMethod/rollbackMethod）的方法。
• BusinessActionContext 便是指TCC事务上下文

/**
 * @author zxy
 *
 * 通过 @LocalTCC 这个注解，RM 初始化的时候会向 TC 注册一个分支事务。
 */
@LocalTCC
public interface OrderService {

    /**
     * TCC的try方法：保存订单信息，状态为支付中
     *
     * 定义两阶段提交，在try阶段通过@TwoPhaseBusinessAction注解定义了分支事务的 resourceId，commit和 cancel 方法
     *  name = 该tcc的bean名称,全局唯一
     *  commitMethod = commit 为二阶段确认方法
     *  rollbackMethod = rollback 为二阶段取消方法
     *  BusinessActionContextParameter注解 传递参数到二阶段中
     *  useTCCFence seata1.5.1的新特性，用于解决TCC幂等，悬挂，空回滚问题，需增加日志表tcc_fence_log
     */
    @TwoPhaseBusinessAction(name = "prepareSaveOrder", commitMethod = "commit", rollbackMethod = "rollback", useTCCFence = true)
    Order prepareSaveOrder(OrderVo orderVo, @BusinessActionContextParameter(paramName = "orderId") Long orderId);

    /**
     *
     * TCC的confirm方法：订单状态改为支付成功
     *
     * 二阶段确认方法可以另命名，但要保证与commitMethod一致
     * context可以传递try方法的参数
     *
     * @param actionContext
     * @return
     */
    boolean commit(BusinessActionContext actionContext);

    /**
     * TCC的cancel方法：订单状态改为支付失败
     * 二阶段取消方法可以另命名，但要保证与rollbackMethod一致
     *
     * @param actionContext
     * @return
     */
    boolean rollback(BusinessActionContext actionContext);
}

/**
 * @author zxy
 *
 * 通过 @LocalTCC 这个注解，RM 初始化的时候会向 TC 注册一个分支事务。
 */
@LocalTCC
public interface StorageService {

    /**
     * Try: 库存-扣减数量，冻结库存+扣减数量
     *
     * 定义两阶段提交，在try阶段通过@TwoPhaseBusinessAction注解定义了分支事务的 resourceId，commit和 cancel 方法
     *  name = 该tcc的bean名称,全局唯一
     *  commitMethod = commit 为二阶段确认方法
     *  rollbackMethod = rollback 为二阶段取消方法
     *  BusinessActionContextParameter注解 传递参数到二阶段中
     *
     * @param commodityCode 商品编号
     * @param count 扣减数量
     * @return
     */
    @TwoPhaseBusinessAction(name = "deduct", commitMethod = "commit", rollbackMethod = "rollback", useTCCFence = true)
    boolean deduct(@BusinessActionContextParameter(paramName = "commodityCode") String commodityCode,
                   @BusinessActionContextParameter(paramName = "count") int count);

    /**
     *
     * Confirm: 冻结库存-扣减数量
     * 二阶段确认方法可以另命名，但要保证与commitMethod一致
     * context可以传递try方法的参数
     *
     * @param actionContext
     * @return
     */
    boolean commit(BusinessActionContext actionContext);

    /**
     * Cancel: 库存+扣减数量，冻结库存-扣减数量
     * 二阶段取消方法可以另命名，但要保证与rollbackMethod一致
     *
     * @param actionContext
     * @return
     */
    boolean rollback(BusinessActionContext actionContext);
}

/**
 * @author zxy
 *
 * 通过 @LocalTCC 这个注解，RM 初始化的时候会向 TC 注册一个分支事务。
 */
@LocalTCC
public interface AccountService {

    /**
     * 用户账户扣款
     *
     * 定义两阶段提交，在try阶段通过@TwoPhaseBusinessAction注解定义了分支事务的 resourceId，commit和 cancel 方法
     *  name = 该tcc的bean名称,全局唯一
     *  commitMethod = commit 为二阶段确认方法
     *  rollbackMethod = rollback 为二阶段取消方法
     *
     * @param userId
     * @param money 从用户账户中扣除的金额
     * @return
     */
    @TwoPhaseBusinessAction(name = "debit", commitMethod = "commit", rollbackMethod = "rollback", useTCCFence = true)
    boolean debit(@BusinessActionContextParameter(paramName = "userId") String userId,
                  @BusinessActionContextParameter(paramName = "money") int money);

    /**
     * 提交事务，二阶段确认方法可以另命名，但要保证与commitMethod一致
     * context可以传递try方法的参数
     *
     * @param actionContext
     * @return
     */
    boolean commit(BusinessActionContext actionContext);

    /**
     * 回滚事务，二阶段取消方法可以另命名，但要保证与rollbackMethod一致
     *
     * @param actionContext
     * @return
     */
    boolean rollback(BusinessActionContext actionContext);
}

TCC 幂等、悬挂和空回滚问题如何解决？

TCC 模式中存在的三大问题是幂等、悬挂和空回滚。在 Seata1.5.1 版本中，增加了一张事务控制表，表名是 tcc_fence_log 来解决这个问题。而在@TwoPhaseBusinessAction 注解中提到的属性 useTCCFence 就是来指定是否开启这个机制，这个属性值默认是 false。

5）微服务增加tcc_fence_log日志表

# tcc_fence_log 建表语句如下（MySQL 语法）
CREATE TABLE IF NOT EXISTS `tcc_fence_log`
(
    `xid`           VARCHAR(128)  NOT NULL COMMENT 'global id',
    `branch_id`     BIGINT        NOT NULL COMMENT 'branch id',
    `action_name`   VARCHAR(64)   NOT NULL COMMENT 'action name',
    `status`        TINYINT       NOT NULL COMMENT 'status(tried:1;committed:2;rollbacked:3;suspended:4)',
    `gmt_create`    DATETIME(3)   NOT NULL COMMENT 'create time',
    `gmt_modified`  DATETIME(3)   NOT NULL COMMENT 'update time',
    PRIMARY KEY (`xid`, `branch_id`),
    KEY `idx_gmt_modified` (`gmt_modified`),
    KEY `idx_status` (`status`)
) ENGINE = InnoDB
DEFAULT CHARSET = utf8mb4;

6）TCC接口的业务实现

参考课堂代码

7） 在全局事务发起者中添加@GlobalTransactional注解

核心代码

@GlobalTransactional(name="createOrder",rollbackFor=Exception.class)
public Order saveOrder(OrderVo orderVo) {
    log.info("=============用户下单=================");
    log.info("当前 XID: {}", RootContext.getXID());

    //获取全局唯一订单号  测试使用
    Long orderId = UUIDGenerator.generateUUID();

    //阶段一： 创建订单
    Order order = orderService.prepareSaveOrder(orderVo,orderId);

    //扣减库存
    storageFeignService.deduct(orderVo.getCommodityCode(), orderVo.getCount());
    //扣减余额
    accountFeignService.debit(orderVo.getUserId(), orderVo.getMoney());

    return order;
}

8）测试分布式事务是否生效

• 分布式事务成功，模拟正常下单、扣库存，扣余额
• 分布式事务失败，模拟下单扣库存成功、扣余额失败，事务是否回滚