本文作者：羅海鵬，叩丁狼高級講師。原創(chuàng)文章，轉載請注明出處。
前言
??工欲善其事必先利其器，既然我們決定要做一個分布式事務框架，那首先需要了解一下，分布式事務是怎么回事，它跟傳統(tǒng)的本地事務有什么區(qū)別，解決方案有哪些，每種解決方案的對比等等。
本地事務
??在了解分布式事務之前，先回顧一下本地事務，顧名思義，本地事務就是在同一個JVM中，一個開啟了事務的業(yè)務方法就是本地事務。而這一個開啟了事務的業(yè)務方法里面的操作要么全部執(zhí)行成功，要么全部執(zhí)行失敗，不允許只成功一半另外一半執(zhí)行失敗的事情發(fā)生。例如該業(yè)務方法中，有兩次數(shù)據(jù)庫更新操作，那么這兩次數(shù)據(jù)庫操作要么全部執(zhí)行成功，要么全部回滾。使用專業(yè)術語來講的話，就是事務的4個基本特性：Atomicity（原子性）、Consistency（一致性）、Isolation（隔離性）、Durablity（持久性），統(tǒng)稱ACID，這里簡單的對ACID做一個概念的說明，當作是做個筆記：
- Atomicity（原子性）
是指事務的操作如果成功就必須要完全應用到數(shù)據(jù)庫，如果操作失敗則不能對數(shù)據(jù)庫有任何影響。通俗的說，就是所有操作要么全部成功，要么全部失敗回滾。 - Consistency（一致性）
是指事務執(zhí)行前后，數(shù)據(jù)從一個狀態(tài)到另一個狀態(tài)必須是一致的，比如A向B轉賬（A、B的總金額就是一個一致性狀態(tài)），不可能出現(xiàn)A扣了錢，B卻沒收到的情況發(fā)生。 - Isolation（隔離性）
是指當多個用戶并發(fā)訪問數(shù)據(jù)庫時，比如操作同一張表時，數(shù)據(jù)庫為每一個用戶開啟的事務，不能被其他事務的操作所干擾，多個并發(fā)事務之間要相互隔離。這里涉及到數(shù)據(jù)庫的隔離級別的概念，不是我們討論的主題，不詳細展開，大家可以自行查閱相關資料。 - Durablity（持久性）
是指一個事務一旦被提交了，那么對數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)的改變就是永久性的，即便是在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)遇到故障的情況下也不會丟失提交事務的操作。
分布式事務
??通過以上的回顧我們知道，本地事務對于我們來說不是什么問題，因為我們可以直接使用數(shù)據(jù)庫的事務支持，比如mysql、oracle這些數(shù)據(jù)庫對事務都有很好的支持。但是，對于分布式應用來說的話，事務就沒有那么簡單了，因為需要開啟事務的業(yè)務方法，很可能是分布在不同應用程序中，這就說明，大家不在同一個JVM中，事務空間都不一樣了，那就沒辦法做到要么全部執(zhí)行成功，要么全部執(zhí)行失敗了，我們可以看以下分析圖：
??如上圖所示：這是一個分布式應用，完成一個付款業(yè)務的操作需要有4個微服務參與，大家都獨立運行在自己的JVM中，其中，訂單系統(tǒng)、商品系統(tǒng)和會員系統(tǒng)是服務提供者，有自己對應的數(shù)據(jù)庫。
??客戶端應用在發(fā)起了付款請求時，調用了訂單系統(tǒng)的支付業(yè)務makePayment，而makePayment方法中，又調用了遠程商品系統(tǒng)的decrease方法和遠程會員系統(tǒng)的payment方法，分別做減庫存和扣余額的操作，那現(xiàn)在就有兩種情況了：
??第一種情況是流程正常執(zhí)行，各個業(yè)務參與者都沒有異常，萬事大吉。
??第二種情況是其中有一個業(yè)務參與者出現(xiàn)異常了，按照我們上面對本地事務的理解，它們應該要做到要么全部執(zhí)行成功，要么全部執(zhí)行失敗了，這樣才能確保數(shù)據(jù)一致性。但現(xiàn)在這個不是單體應用，而是分布式應用，原本一個本地邏輯執(zhí)行單元被拆分到了多個獨立的微服務中，這些微服務又分別操作不同的數(shù)據(jù)庫和表，服務之間通過網(wǎng)絡調用。所以這就沒辦法確保要么全部執(zhí)行成功，要么全部執(zhí)行失敗了，因為我怎么知道遠程的服務是否執(zhí)行成功呢。
??所以，現(xiàn)在的問題就出現(xiàn)了，我們不能再用單體應用的那種事務方式，套用在分布式應用中了，必須要思考用什么樣的解決方案來控制分布式應用的事務問題。這就是“分布式事務”。
分布式事務的解決方案
分布式事務的解決方案有很多，但可以具體歸納為兩種：
- 強一致性事務
強一致性事務的代表就是XA事務協(xié)議了，它由Oracle Tuxedo提出，把分散到各個JVM中的事務資源，又整合為全局事務統(tǒng)一管理了。 - 柔性事務
而柔性事務并沒有像強一致性事務那樣整合為全局事務，但其目的都是確保分布式事務最終一致性的。柔性事務又可以細分為TCC事務和可靠消息事務，這兩種分布式事務處理方式不一樣，接下來我們具體分析一下這幾種分布式事務解決方案的實現(xiàn)原理。
XA事務協(xié)議
??XA是一個分布式事務協(xié)議，XA中大致分為兩部分：事務管理器和本地資源管理器。其中本地資源管理器往往由數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)，比如Oracle、DB2這些商業(yè)數(shù)據(jù)庫都實現(xiàn)了XA接口，MySQL5.7之后也支持XA分布式事務。而事務管理器作為全局的調度者，負責各個本地資源的提交和回滾。
??XA分布式事務協(xié)議的工作原理是：把各個微服務中的本地資源交給一個統(tǒng)一的事務管理器管理，事務管理器可以看做是事務協(xié)調者的角色（coordinator），各個本地資源管理器可以看做是事務參與者的角色（partcipant）。各個事務參與者之間不能直接通訊，而是通過事務協(xié)調者間接通訊，通俗來說，服務A怎么知道服務B是否執(zhí)行成功？就是由事務協(xié)調者轉告各個事務參與者了。通過以下分析圖，看看XA實現(xiàn)分布式事務的流程：
??以上就是XA分布式事務執(zhí)行流程，加入了全局的事務管理器作為協(xié)調者，在接收到發(fā)起帶事務的業(yè)務方法后，發(fā)送prepare到各個事務參與者，各個事務參與者接收到prepare后，開啟本地事務being，并執(zhí)行本地業(yè)務流程，如果流程正常運行，則返回ready結果給事務協(xié)調者，告知準備就緒了，這時，如果各個事務參與者返回的結果都是ready，那么事務協(xié)調者就會再次發(fā)送一個全局事務提交global_commit的消息到各個事務參與者，最后，各個事務參與者受到global_commit后，提交本地事務commit。
??這是業(yè)務流程正常執(zhí)行的情況，那如果因為流程有異常就走如下流程：事務協(xié)調者還是發(fā)送prepare到各個事務參與者，事務參與者接收到prepare后，開啟本地事務begin，接著執(zhí)行業(yè)務流程，此時，如果有某個事務參與者執(zhí)行業(yè)務報錯，返回異常abort給事務協(xié)調者，事務協(xié)調者會再次發(fā)送全局回滾global_rollback給各個事務參與者，事務參與者接受到global_rollback后，開始回滾本地事務rollback，即便是流程正常執(zhí)行的也要回滾掉，這樣就能確保要么一起成功，要么一起失敗。
??總的來說，XA協(xié)議比較簡單，而且一旦商業(yè)數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)了XA協(xié)議，使用分布式事務的成本也比較低。但是，XA也有致命的缺點，那就是性能不理想，特別是在并發(fā)量很高的情況下，會帶來性能瓶頸，因為根據(jù)以上執(zhí)行流程圖的分析可知，在全局事務管理器向各個事務參與者發(fā)送prepare時，是需要鎖住資源的，也就是此時，所有相關連的微服務都處于阻塞狀態(tài)，需要等到所有事務參與者返回最終處理結構，才能釋放鎖，所以XA無法滿足高并發(fā)場景。其次，XA目前在數(shù)據(jù)庫的支持上不太理想，mysql5.7之前是不支持的，并且還有許多nosql也沒有支持XA，而大多數(shù)新型的互聯(lián)網(wǎng)微服務應用都會使用各種nosql數(shù)據(jù)庫，所以這就導致了XA的應用場景變得非常狹隘。
TCC事務
TCC是Try-Confirm-Cancel的簡稱。其核心思想是：每個需要開啟分布式事務的業(yè)務方法，都要注冊一個與其對應的檢測、確認和撤銷的操作，如下：
- Try階段：主要是對業(yè)務系統(tǒng)做檢測的操作，沒有問題就調用確認操作，有問題則調用取消操作。
- Confirm階段：確認執(zhí)行業(yè)務操作。
- Cancel階段：取消執(zhí)行業(yè)務操作。
具體執(zhí)行流程如下：
??通過以上的流程，我們可以發(fā)現(xiàn)，TCC的分布式事務處理與XA的分布式事務處理流程是非常相似的， 調用try接口檢查業(yè)務是否有異常的操作，類似于XA的prepare預提交，如果接口返回正常，則調用confirm確認執(zhí)行業(yè)務，操作數(shù)據(jù)。
??那如果其中有一個事務參與者在調用了try接口檢測后，返回了異常給事務協(xié)調者，但是之前很可能已經(jīng)有其他事務參與者調用了confirm接口，執(zhí)行業(yè)務流程操作了數(shù)據(jù)，那這時，事務協(xié)調者就需要調用事務參與者的cancel接口，撤銷之前修改的數(shù)據(jù)，達到類似回滾的效果。
??不過XA是在跨庫的DB層面，而TCC是應用層面，需要通過業(yè)務邏輯來實現(xiàn)分布式事務。TCC的實現(xiàn)方式優(yōu)勢在于：沒有項目XA協(xié)議那樣，把分布的資源統(tǒng)一管理，這就使得分布的資源不會被加鎖，從而提高整體的吞吐量，所以這種分布式事務的解決方案，在性能和吞吐量要求高的應用使用的還是比較多的。而不足之處則在于對應用的侵入性非常強，業(yè)務邏輯的每個分支都需要實現(xiàn)try、confirm、cancel三個操作。此外，其實現(xiàn)難度也比較大，需要按照網(wǎng)絡狀態(tài)、系統(tǒng)故障等不同的失敗原因實現(xiàn)不同的回滾策略。同時，confirm和cancel接口還要考慮冪等性的問題，因為confirm和cancel有可能會被多次調用。
可靠消息事務
??可靠消息事務全稱叫做可靠消息事務最終一致性，它通常沒有像前面兩種分布式事務解決方案那樣有回滾或撤銷數(shù)據(jù)的操作，而更多的是強調事務的補償和重試。這里的可靠消息指的是消息隊列中間件，消息隊列其中一個特點就是消息可靠性，而該解決方案最終能達到事務一致，依靠的核心就是消息隊列。先粗略的看看它執(zhí)行流程：
??從以上的執(zhí)行流程可以發(fā)現(xiàn)，各個事務參與者都是相對獨立的，不管在執(zhí)行業(yè)務方法的過程中是否有異常，整體的業(yè)務流程都要先跑完，這個是該解決方案的前提。然后在調用事務參與者的業(yè)務方法的同時，往消息隊列發(fā)送事務相關的消息，這樣的話，出現(xiàn)異常的事務參與者再從消息隊列中獲取消息，重新執(zhí)行本地的業(yè)務，達到補償和重試的效果，整個事務中，不管中間有哪些參與者出錯，但是最終還是事務一致的。
??這種解決方案是所有解決方案中最柔性的，并且靈活度非常高，可以根據(jù)自己具體的業(yè)務場景做改變，同時，對比TCC來說，性能和吞吐量更高，并且對應用的侵入性更低。性能的提高體現(xiàn)在：沒有了業(yè)務檢測的環(huán)節(jié)，跟原本一樣，該怎么調用遠程方法就怎么調用，只是增加了一個往MQ發(fā)送消息的操作，但是該操作是異步的，而且MQ也是具備高吞吐量的特性。而侵入性更低體現(xiàn)在：MQ是中間件，只需要通過網(wǎng)絡來調用即可，我們的業(yè)務方法并不會由于分布式事務解決方案的加入而有太多的改造，加入的代碼更多是以外圍擴展，或者組件的方式加入。
??可靠消息事務最終一致性的解決方案優(yōu)點很明顯，但缺點也不是沒有的，首先該解決方案設計過于復雜，組件很多，需要考慮的情況繁雜，實現(xiàn)起來比較困難。其次，雖然它是最柔性，最靈活和性能最高的，但是事務的原子性和一致性是最弱的，因為這種解決方案是以大家都不出錯為前提的，如果其中有一個出錯，自己通過補償機制重新執(zhí)行本地事務，但重試的過程本身就是不確定性的，比如說：A轉錢給B，A賬戶扣錢了，但是B賬戶加錢時出錯，在該機制下，A賬戶不會回滾，而是讓B賬戶重新嘗試加錢，那這就產生時間上的延遲了，很可能等了很久，都沒見B賬戶把錢加上去，或者不斷重試都是失敗的，最終導致整個事務不一致，需要人工處理。
??總的來說，可靠消息事務最終一致性由于它的事務原子性和一致性比較弱，所以決定了它在一些事務ACID要求非常強的應用中是不能使用的，否則會造成很多安全性的問題，但是對于大多數(shù)互聯(lián)網(wǎng)應用來說，都是一個不錯的解決方案。而具體使用哪一種，還是取決于項目的業(yè)務場景，然后做全面的對比、考量和取舍。
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