分布式理论（四）—— 一致性协议之 3PC

前言

我们说为了实现 BASE 理论，需要在可用性和一致性之间找到一个合适的一致性理论，于是，我们在上篇文章中了解了 2PC 理论，也就是两阶段提交，二阶段提交原理简单，实现方便，但是缺点则是同步阻塞，单点问题，数据不一致，过于保守。

而为了弥补二阶段提交的缺点，研究者们在他的基础上，提出了三阶段提交。

1. 什么是三阶段提交

3PC，全称 “three phase commit”，是 2PC 的改进版，其将 2PC 的 “提交事务请求” 过程一分为二。

回忆一下 2PC 的过程：

image.png

也就是说，3PC 将阶段一 "提交事务请求" 分成了2部分，总共形成了 3 个部分：

1. CanCommit
2. PreCommit
3. do Commit

如下图所示：

3PC

2. 阶段一：CanCommit

第一个阶段： CanCommit

1. 事务询问：协调者向所有的参与者发送一个包含事务内容的 canCommit 请求，询问是否可以执行事务提交操作，并开始等待各参与者的响应。

2. 各参与者向协调者反馈事务询问的响应：参与者接收来自协调者的 canCommit 请求，如果参与者认为自己可以顺利执行事务，就返回 Yes，否则反馈 No 响应。

3. 阶段 二：PreCommit

协调者在得到所有参与者的响应之后，会根据结果执行2种操作：执行事务预提交，或者中断事务。

1. 执行事务预提交分为 3 个步骤：

• 发送预提交请求：协调者向所有参与者节点发出 preCommit 的请求，并进入 prepared 状态。
• 事务预提交：参与者受到 preCommit 请求后，会执行事务操作，对应 2PC 中的 “执行事务”，也会 Undo 和 Redo 信息记录到事务日志中。
• 各参与者向协调者反馈事务执行的结果：如果参与者成功执行了事务，就反馈 Ack 响应，同时等待指令：提交（commit） 或终止（abor）。

2. 中断事务也分为2个步骤：

• 发送中断请求：协调者向所有参与者节点发出 abort 请求 。
• 中断事务：参与者如果收到 abort 请求或者超时了，都会中断事务。

4. 阶段三：do Commit

该阶段做真正的提交，同样也会出现两种情况：

1. 执行提交

• 发送提交请求：进入这一阶段，如果协调者正常工作，并且接收到了所有协调者的 Ack 响应，那么协调者将从 “预提交” 状态变为 “提交” 状态，并向所有的参与者发送 doCommit 请求 。
• 事务提交：参与者收到 doCommit 请求后，会正式执行事务提交操作，并在完成之后释放在整个事务执行期间占用的事务资源。
• 反馈事务提交结果：参与者完成事务提交后，向协调者发送 Ack 消息。
• 完成事务：协调者接收到所有参与者反馈的 Ack 消息后，完成事务。

2. 中断事务

假设有任何参与者反馈了 no 响应，或者超时了，就中断事务。

• 发送中断请求：协调者向所有的参与者节点发送 abort 请求。
• 事务回滚：参与者接收到 abort 请求后，会利用其在二阶段记录的 undo 信息来执行事务回滚操作，并在完成回滚之后释放整个事务执行期间占用的资源。
• 反馈事务回滚结果：参与者在完成事务回滚之后，想协调者发送 Ack 消息。
• 中断事务：协调者接收到所有的 Ack 消息后，中断事务。

注意：一旦进入阶段三，可能会出现 2 种故障：

1. 协调者出现问题
2. 协调者和参与者之间的网络故障

一段出现了任一一种情况，最终都会导致参与者无法收到 doCommit 请求或者 abort 请求，针对这种情况，参与者都会在等待超时之后，继续进行事务提交。

5. 总结：

优点：相比较 2PC，最大的优点是减少了参与者的阻塞范围（第一个阶段是不阻塞的），并且能够在单点故障后继续达成一致（2PC 在提交阶段会出现此问题，而 3PC 会根据协调者的状态进行回滚或者提交）。

缺点：如果参与者收到了 preCommit 消息后，出现了网络分区，那么参与者等待超时后，都会进行事务的提交，这必然会出现事务不一致的问题。