Seata 实现

项目开发   2024-01-30 12:31   1241   0  

Seata实践

1 XA模式

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

1.1 XA模式原理

XA是规范,目前主流数据库都实现了这种规范,实现的原理都是基于两阶段提交。

正常情况:

image-20210724174102768

异常情况:

image-20210724174234987

一阶段:

  • 事务协调者通知每个事务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

1.2 Seata的XA模型

Seata对原始的XA模式做了简单的封装和改造,以适应自己的事务模型,基本架构如图:

image-20210724174424070

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

1.3 优缺点比较

XA模式的优点

  • 事务的强制一致性,满足ACID原则

  • 常用数据库都支持,实现简单,没有代码侵入

XA模式的缺点

  • 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

1.4 实现XA模式

1、修改application.yml文件(每个参与事务的微服务都要修改),开启XA模式

seata:
  data-source-proxy-mode: XA

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

image-20221020144935855

3、重启服务

2 AT模式

AT模式同样是分阶段提交的事务模型,不过弥补了XA模型中资源锁定周期过程的缺陷

2.1 Seata的AT模式

基本流程图:

image-20210724175327511

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

image-20210724180722921

2.2 AT和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

2.3 脏写问题

在多并发访问AT模式的分布式事务时,有可能出现脏写问题

image-20210724181541234

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。

image-20210724181843029

2.4 优缺点

AT模式的优点:

  • 一阶段直接提交书屋,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,单比XA模式要好很多

2.5 实现AT模式

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。

1、导入数据库表,记录全局锁

seata数据库导入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;

undo_log表导入到微服务关联的数据库

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;

2、修改application.yml文件,将事务模式修改为AT模式即可

seata:
  data-source-proxy-mode: AT # 默认就是AT

3、重启服务测试

image-20221020191854000

3 TCC模式

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

3.1 流程分析

举例,一个扣减用户余额的业务。假设账户A原来余额是100,需要余额扣减30元。

  • 阶段一( Try ):检查余额是否充足,如果充足则冻结金额增加30元,可用余额扣除30

初始余额:

image-20210724182424907

余额充足,可以冻结:

image-20210724182457951

此时,总金额 = 冻结金额 + 可用金额,数量依然是100不变。事务直接提交无需等待其它事务。

  • 阶段二(Confirm):假如要提交(Confirm),则冻结金额扣减30

确认可以提交,不过之前可用金额已经扣减过了,这里只要清除冻结金额就好了:

image-20210724182706011

此时,总金额 = 冻结金额 + 可用金额 = 0 + 70 = 70元

  • 阶段二(Canncel):如果要回滚(Cancel),则冻结金额扣减30,可用余额增加30

需要回滚,那么就要释放冻结金额,恢复可用金额:

image-20210724182810734

3.2 Seata的TCC工作模型

image-20210724182937713

3.3 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

3.4 事务悬挂和空回滚

1、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

image-20210724183426891

执行cancel操作时,应当判断try是否已经执行,如果尚未执行,则应该空回滚。

2、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

4.3.5 实现TTC模式

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)思路分析

这里我们定义一张表:

SET NAMES utf8mb4;SET FOREIGN_KEY_CHECKS = 0;-- ------------------------------ Table structure for account_freeze_tbl-- ----------------------------DROP TABLE IF EXISTS `account_freeze_tbl`;CREATE TABLE `account_freeze_tbl`  (
  `xid` varchar(128) CHARACTER SET utf8 COLLATE utf8_general_ci NOT NULL,
  `user_id` varchar(255) CHARACTER SET utf8 COLLATE utf8_general_ci NULL DEFAULT NULL,
  `freeze_money` int(11) UNSIGNED NULL DEFAULT 0,
  `state` int(1) NULL DEFAULT NULL COMMENT '事务状态,0:try,1:confirm,2:cancel',
  PRIMARY KEY (`xid`) USING BTREE) ENGINE = InnoDB CHARACTER SET = utf8 COLLATE = utf8_general_ci ROW_FORMAT = COMPACT;-- ------------------------------ Records of account_freeze_tbl-- ----------------------------SET FOREIGN_KEY_CHECKS = 1;

其中:

  • xid:是全局事务id

  • freeze_money:用来记录用户冻结金额

  • state:用来记录事务状态

那此时,我们的业务开怎么做呢?

  • 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,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 ,如果已经存在则证明Cancel已经执行,拒绝执行try业务

接下来,改造account-service,利用TCC实现余额扣减功能

2)声明TCC接口

package cn.itcast.account.service;import io.seata.rm.tcc.api.BusinessActionContext;import io.seata.rm.tcc.api.BusinessActionContextParameter;import io.seata.rm.tcc.api.LocalTCC;import io.seata.rm.tcc.api.TwoPhaseBusinessAction;@LocalTCCpublic interface AccountTCCService {

    @TwoPhaseBusinessAction(name = "deduct",commitMethod = "confirm",rollbackMethod = "cancel")
    void deduct(@BusinessActionContextParameter(paramName = "userId") String userId,
                @BusinessActionContextParameter(paramName = "money") int money);

    boolean confirm(BusinessActionContext ctx);

    boolean cancel(BusinessActionContext ctx);}

3)编写实现类

package cn.itcast.account.service.impl;import cn.itcast.account.entity.AccountFreeze;import cn.itcast.account.mapper.AccountFreezeMapper;import cn.itcast.account.mapper.AccountMapper;import cn.itcast.account.service.AccountTCCService;import io.seata.core.context.RootContext;import io.seata.rm.tcc.api.BusinessActionContext;import lombok.extern.slf4j.Slf4j;import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;import org.springframework.stereotype.Service;import org.springframework.transaction.annotation.Transactional;@Service@Slf4jpublic class AccountTCCServiceImpl implements AccountTCCService {

    @Autowired
    private AccountMapper accountMapper;
    @Autowired
    private AccountFreezeMapper freezeMapper;

    @Override
    @Transactional
    public void deduct(String userId, int money) {
        // 0.获取事务id
        String xid = RootContext.getXID();
        // 1.扣减可用余额
        accountMapper.deduct(userId, money);
        // 2.记录冻结金额,事务状态
        AccountFreeze freeze = new AccountFreeze();
        freeze.setUserId(userId);
        freeze.setFreezeMoney(money);
        freeze.setState(AccountFreeze.State.TRY);
        freeze.setXid(xid);
        freezeMapper.insert(freeze);
    }

    @Override
    public boolean confirm(BusinessActionContext ctx) {
        // 1.获取事务id
        String xid = ctx.getXid();
        // 2.根据id删除冻结记录
        int count = freezeMapper.deleteById(xid);
        return count == 1;
    }

    @Override
    public boolean cancel(BusinessActionContext ctx) {
        // 0.查询冻结记录
        String xid = ctx.getXid();
        AccountFreeze freeze = freezeMapper.selectById(xid);

        // 1.恢复可用余额
        accountMapper.refund(freeze.getUserId(), freeze.getFreezeMoney());
        // 2.将冻结金额清零,状态改为CANCEL
        freeze.setFreezeMoney(0);
        freeze.setState(AccountFreeze.State.CANCEL);
        int count = freezeMapper.updateById(freeze);
        return count == 1;
    }}

4 SAGA模式

Saga模式是Seata提供的长事务解决方案。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

4.1 原理

在 Saga 模式下,分布式事务内有多个参与者,每一个参与者都是一个冲正补偿服务,需要用户根据业务场景实现其正向操作和逆向回滚操作。

分布式事务执行过程中,依次执行各参与者的正向操作,如果所有正向操作均执行成功,那么分布式事务提交。如果任何一个正向操作执行失败,那么分布式事务会去退回去执行前面各参与者的逆向回滚操作,回滚已提交的参与者,使分布式事务回到初始状态。

image-20210724184846396

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

5 四种模式对比

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