分布式事务Seata详解

简介

Seata是一款开源的分布式事务解决方案，提供了全局事务管理和协调服务，支持多种主流的数据库和RPC框架，以及Spring Cloud和Dubbo等微服务框架。Seata的设计目标是解决分布式事务的一致性问题，实现高可用、高性能、易扩展的分布式事务管理。
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。Seata有四种模式，分别是AT、TCC、Saga和XA。
AT模式：用户只需关心自己的“业务SQL”。在AT模式下，一阶段，Seata会拦截“业务 SQL”，首先解析 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”，然后执行“业务 SQL”更新业务数据，在业务数据更新之后，再将其保存成“after image”，最后生成行锁。以上操作全部在一个数据库事务内完成，这样保证了一阶段操作的原子性。
TCC模式：Try（执行业务）、Confirm（确认）和 Cancel（撤销）是它的核心思想。它需要在业务代码中明确的进行两个阶段（Try/Confirm）操作。
Saga模式：Saga模式是一种长事务模式，它将一个长事务拆分成多个小事务，每个小事务都是一个短事务。Saga模式的核心思想是补偿，即如果某个小事务失败了，可以通过回滚之前的小事务来保证整个长事务的正确性。
XA模式：XA模式是一种全局事务模式，它可以将一个分布式事务拆分成多个本地事务，并在全局事务管理器（Transaction Manager）的控制下协同完成。XA模式适用于高并发、跨多个服务或数据库的全局事务场景。

Seata 是用来解决分布式事务问题的框架。是阿里开源的中间件。
Seata 中封装了四种分布式事务模式，分别是：
AT 模式，是一种基于本地事务+二阶段协议来实现的最终数据一致性方案，也是Seata 默认的解决方案
TCC 模式，TCC 事务是 Try、Confirm、Cancel 三个词语的缩写，简单理解就是把一个完整的业务逻辑拆分成三个阶段，然后通过事务管理器在业务逻辑层面
Saga 模式，Saga 模式是 SEATA 提供的长事务解决方案，在 Saga 模式中，业务流程中每个参与者都提交本地事务，当出现某一个参与者失败则补偿前面已经成功的参与者。
XA 模式，XA 可以认为是一种强一致性的事务解决方法，它利用事务资源（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。
从这四种模型中不难看出，在不同的业务场景中，我们可以使用 Seata 的不同
事务模型来解决不同业务场景中的分布式事务问题，因此我们可以认为 Seata是一个一站式的分布式事务解决方案。

Seata有三个组成部分：事务协调器TC：协调者、事务管理器TM：发起方、资源管理器RM：参与方
（1）发起方会向协调者申请一个全局事务id，并保存到ThreadLocal中（为什么要保存到ThreadLocal中？弱引用，线程之间不会发生数据冲突）
（2）Seata数据源代理发起方和参与方的数据源，将前置镜像和后置镜像写入到undo_log表中，方便后期回滚使用
（3）发起方获取全局事务id，通过改写Feign客户端请求头传入全局事务id。
（4）参与方从请求头中获取全局事务id保存到ThreadLocal中，并把该分支注册到SeataServer中。
（5）如果没有出现异常，发起方会通知协调者，协调者通知所有分支，通过全局事务id和本地事务id删除undo_log数据，如果出现异常，通过undo_log逆向生成sql语句并执行，然后删除undo_log语句。如果处理业务逻辑代码超时，也会回滚。

四种模式的优劣势：

AT 模式（自动补偿型事务）：
○ 原理：在事务参与方中嵌入逆向SQL语句进行补偿。
○ 优点：简化了编程模型，对业务代码无侵入性，可以在不修改业务逻辑的情况下实现分布式事务。
○ 缺点：需要在业务逻辑中手动编写逆向SQL语句，一定程度上增加了开发和维护的成本。对于长事务或高并发场景，可能会有较大的性能开销。
TCC 模式（两阶段型事务）：
○ 原理：将分布式事务拆分为Try、Confirm和Cancel三个阶段，并提供相应的接口实现来实现分布式事务的一致性。
○ 优点：具备较好的可靠性和灵活性，可以在不同阶段执行自定义的业务逻辑。
○ 缺点：需要在业务逻辑中显式地编写Try、Confirm和Cancel操作，并保证幂等性。对于业务复杂的场景，编写和维护TCC接口可能比较繁琐。
Saga 模式（补偿型事务）：
○ 原理：通过定义状态机来实现分布式事务的一致性，事务执行过程中可能会有多次补偿操作。
○ 优点：适用于复杂的业务场景，可以在不同的阶段执行自定义的补偿操作，并具备较好的可靠性。
○ 缺点：对于长事务，可能需要执行多次补偿操作，可能会增加系统的复杂性和开销。
XA 模式（两阶段提交）：
○ 原理：使用XA协议实现分布式事务的一致性，通过协调器来协调各个事务参与方的提交或回滚。
○ 优点：XA是一种标准化的分布式事务协议，具备较高的可靠性，并且在一些数据库和应用服务器中已经内置了XA支持。
○ 缺点：XA模式在性能和扩展性方面可能存在一些瓶颈，而且对数据库和应用的支持要求较高。
需要根据具体的业务需求、性能要求和开发维护成本来选择合适的分布式事务模式。不同模式适用于不同的场景，选择合适的模式可以提高分布式事务的性能和可靠性。

实现原理

Seata是一款开源的分布式事务解决方案，其实现原理主要涉及全局事务管理和协调服务，以及对多种数据库和RPC框架的支持。以下是Seata实现原理的简要概述：
undefined 全局事务管理：
○ Seata通过一个全局事务管理器（Transaction Coordinator）来协调和管理分布式事务的整个过程。全局事务管理器负责发起和提交全局事务，并与各个事务参与方进行通信和协调。
undefined 事务参与方：
○ 在分布式事务中，各个数据库、消息队列或远程服务等被称为事务参与方。Seata通过对这些事务参与方进行代理和增强，以实现全局事务的一致性。
undefined 事务日志存储：
○ Seata会将全局事务的相关信息和操作记录进行持久化存储，以保证全局事务在发生故障或恢复时能够正确地进行恢复和处理。
undefined 并发控制：
○ Seata通过并发控制机制来保证分布式事务的一致性和隔离性，包括锁机制、版本控制等方式来避免并发冲突。
undefined 事务补偿：
○ 对于AT模式和Saga模式，Seata会通过事务补偿机制来实现分布式事务的一致性。当某个参与方出现异常时，Seata可以根据事务日志中的记录执行逆向操作或者补偿操作，以确保全局事务的一致性。
总体来说，Seata通过全局事务管理器、事务参与方、事务日志存储、并发控制和事务补偿等机制，实现了对分布式事务的统一管理和协调，从而保证了分布式系统中的事务一致性和可靠性。同时，Seata支持的多种模式和灵活的配置选项，使得它能够适应不同的业务场景和需求。

demo

Seata的代码实现包括以下几个方面：

1. 环境依赖和配置：
   ○ 在项目的pom.xml文件中添加Seata的相关依赖，例如seata-all、seata-spring-boot-starter等。
   ○ 在项目的配置文件（如application.properties或application.yml）中配置Seata的相关参数，如服务端地址、事务分组、数据源代理等。
2. 事务发起方的代码实现：
   ○ 在需要进行分布式事务管理的方法上添加@GlobalTransactional注解。
   ○ 使用Seata提供的TransactionContext对象来处理分支事务，如创建分支事务、提交或回滚分支事务。示例代码如下：

import io.seata.spring.annotation.GlobalTransactional;
import io.seata.core.context.RootContext;

@Service
public class OrderService {

    @Autowired
    private OrderMapper orderMapper;

    @GlobalTransactional
    public void createOrder(OrderDTO orderDTO) {
        // 1. 开启全局事务
        String xid = RootContext.getXID();

        try {
            // 2. 创建订单
            Order order = new Order();
            // 设置订单信息

            orderMapper.insert(order);

            // 3. 创建其它业务数据
            // ...

            // 4. 提交分支事务
            // 这里可以不用显式调用，Seata会在方法执行结束后自动提交分支事务
        } catch (Exception e) {
            // 5. 回滚分支事务
            // 这里可以不用显式调用，Seata会根据全局事务的状态自动回滚分支事务
        }
    }
}

3. 事务参与方的代码实现： 
  ○ 在事务参与方的数据库访问、消息发送或远程调用等操作前，使用Seata提供的@GlobalTransactional注解开启分支事务。
  ○ 在方法执行结束后，Seata会根据全局事务的状态自动提交或回滚分支事务。示例代码如下：

import io.seata.spring.annotation.GlobalTransactional;
import io.seata.core.context.RootContext;

@Service
public class InventoryService {

    @GlobalTransactional
    public void reduceStock(String productId, int quantity) {
        String xid = RootContext.getXID();

        try {
            // 1. 扣减库存
            // ...

            // 2. 提交分支事务
            // 这里可以不用显式调用，Seata会在方法执行结束后自动提交分支事务
        } catch (Exception e) {
            // 3. 回滚分支事务
            // 这里可以不用显式调用，Seata会根据全局事务的状态自动回滚分支事务
        }
    }
}

以上是Seata的基本代码实现示例。在实际应用中，需要根据业务场景和具体需求进行适当的调整和扩展。另外，Seata还提供了更多高级特性和灵活的配置选项，可以根据需要进行深入学习和使用。