1. 分布式事务

1.1 为什么有分布式事务

分布式情况下，可能出现一些服务事务不一致的情况

分布式系统经常出现的异常
机器宕机、网络异常、消息丢失、消息乱序、数据错误、不可靠的 TCP 、存储数据丢失 …
在这里插入图片描述

分布式事务是企业集成中的一个技术难点，也是每一个分布式系统架构中都会涉及到的一个东西，特别是在微服务架构中，几乎可以说是无法避免。

1.2 CAP 定理与 BASE 理论

1.2.1 CAP 定理

CAP 原则又称 CAP 定理，指的是在一个分布式系统中

  • 一致性（Consistency）：
    • 在分布式系统中的所有数据备份，在同一时刻是否同样的值。（等同于所有节点访问同一份最新的数据副本）
  • 可用性（Availability）
    • 在集群中一部分节点故障后，集群整体是否还能响应客户端的读写请求。（对数据更新具备高可用性）
  • 分区容错性（Partition tolerance）
    • 大多数分布式系统都分布在多个子网络。每个子网络就叫做一个区（partition）。 分区容错的意思是，区间通信可能失败。比如，一台服务器放在中国，另一台服务 器放在美国，这就是两个区，它们之间可能无法通信。

CAP 原则指的是，这三个要素最多只能同时实现两点， 不可能三者兼顾 。
在这里插入图片描述

一般来说，分区容错无法避免，因此可以认为 CAP 的 P 总是成立。CAP 定理告诉我们，剩下的 C 和 A 无法同时做到。

分布式系统中实现一致性的 raft 算法、 paxos

1.2.2 面临的问题

对于多数大型互联网应用的场景，主机众多、部署分散，而且现在的集群规模越来越大，所以节点故障、网络故障是常态，而且要保证服务可用性达到 99.99999% （ N 个 9 ），即保证P 和 A ，舍弃 C 。

1.2.3 BASE 理论

是对 CAP 理论的延伸，思想是即使无法做到强一致性（ CAP 的一致性就是强一致性），但可以采用适当的采取弱一致性，即最终一致性 。

BASE 是指

  • 基本可用（Basically Available）
    • 基本可用是指分布式系统在出现故障的时候，允许损失部分可用性（例如响应时间、功能上的可用性），允许损失部分可用性。需要注意的是，基本可用绝不等价于系统不可用。
      • 响应时间上的损失：正常情况下搜索引擎需要在 0.5 秒之内返回给用户相应的查询结果，但由于出现故障（比如系统部分机房发生断电或断网故障），查询结果的响应时间增加到了 1~2 秒。
      • 功能上的损失：购物网站在购物高峰（如双十一）时，为了保护系统的稳定性，部分消费者可能会被引导到一个降级页面。
  • 软状态（ Soft State）
    • 软状态是指允许系统存在中间状态，而该中间状态不会影响系统整体可用性。分布式存储中一般一份数据会有多个副本，允许不同副本同步的延时就是软状态的体现。mysql replication 的异步复制也是一种体现。
  • 最终一致性（ Eventual Consistency）
    • 最终一致性是指系统中的所有数据副本经过一定时间后，最终能够达到一致的状态。弱一致性和强一致性相反，最终一致性是弱一致性的一种特殊情况。

1.2.4 强一致性、弱一致性、最终一致性

从客户端角度，多进程并发访问时，更新过的数据在不同进程如何获取的不同策略，决定了不同的一致性。对于关系型数据库，要求更新过的数据能被后续的访问都能看到，这是强一 致性 。如果能容忍后续的部分或者全部访问不到，则是 弱一致性 。如果经过一段时间后要求能访问到更新后的数据，则是最终一致性

1.3 分布式事务几种方案

1.3.1 2PC 模式（XA协议）

数据库支持的 2PC 【 2 phase commit 二阶提交】，又叫做 XA Transactions 。
MySQL 从 5.5 版本开始支持， SQL Server 2005 开始支持， Oracle 7 开始支持。
其中， XA 是一个两阶段提交协议，该协议分为以下两个阶段：
第一阶段：事务协调器要求每个涉及到事务的数据库预提交 (precommit) 此操作，并反映是否可以提交.
第二阶段：事务协调器要求每个数据库提交数据。
其中，如果有任何一个数据库否决此次提交，那么所有数据库都会被要求回滚它们在此事务中的那部分信息。
在这里插入图片描述

  • XA 协议比较简单，而且一旦商业数据库实现了 XA 协议，使用分布式事务的成本也比较低。
  • XA 性能不理想，特别是在交易下单链路，往往并发量很高，XA 无法满足高并发场景
  • XA 目前在商业数据库支持的比较理想，在 mysql 数据库中支持的不太理想，mysql 的XA 实现，没有记录 prepare 阶段日志，主备切换回导致主库与备库数据不一致。
  • 许多 nosql 也没有支持 XA，这让 XA 的应用场景变得非常狭隘。
  • 也有 3PC，引入了超时机制（无论协调者还是参与者，在向对方发送请求后，若长时间未收到回应则做出相应处理）

1.3.2 柔性事务-TCC 事务补偿型方案

刚性事务：遵循 ACID 原则，强一致性。
柔性事务：遵循 BASE 理论，最终一致性；
与刚性事务不同，柔性事务允许一定时间内，不同节点的数据不一致，但要求最终一致。
在这里插入图片描述

一阶段 prepare 行为：调用 自定义 的 prepare 逻辑。

二阶段 commit 行为：调用 自定义 的 commit 逻辑。

二阶段 rollback 行为：调用 自定义 的 rollback 逻辑。

所谓 TCC 模式，是指支持把 自定义 的分支事务纳入到全局事务的管理中。
在这里插入图片描述

1.3.3 柔性事务-最大努力通知型方案

按规律进行通知， 不保证数据一定能通知成功，但会提供可查询操作接口进行核对 。这种方案主要用在与第三方系统通讯时，比如：调用微信或支付宝支付后的支付结果通知。这种方案也是结合 MQ 进行实现，例如：通过 MQ 发送 http 请求，设置最大通知次数。达到通知次数后即不再通知。
案例：银行通知、商户通知等（各大交易业务平台间的商户通知：多次通知、查询校对、对账文件），支付宝的支付成功异步回调

1.3.4 柔性事务 - 可靠消息 + 最终一致性方案（异步确保型）

实现：业务处理服务在业务事务提交之前，向实时消息服务请求发送消息，实时消息服务只记录消息数据，而不是真正的发送。业务处理服务在业务事务提交之后，向实时消息服务确认发送。只有在得到确认发送指令后，实时消息服务才会真正发送。
防止消息丢失：

2. Seata：

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 将为用户提供了 AT、TCC、SAGA 和 XA 事务模式，为用户打造一站式的分布式解决方案。
在这里插入图片描述

seata的具体内容详见官网内容：
官网：http://seata.io/zh-cn/

2.1 一个典型的分布式事务过程：

2.1.1 分布式事务处理过程的1ID+三组件模型：

  1. 1个ID：Transaction ID XID ：全局唯一的事务ID
  2. 三个组件：
    在这里插入图片描述
    1. TC (Transaction Coordinator) - 事务协调者：维护全局和分支事务的状态，驱动全局事务提交或回滚。
    2. TM (Transaction Manager) - 事务管理器：定义全局事务的范围：开始全局事务、提交或回滚全局事务。
    3. RM (Resource Manager) - 资源管理器：管理分支事务处理的资源，与TC交谈以注册分支事务和报告分支事务的状态，并驱动分支事务提交或回滚。

2.1.2 处理过程：

在这里插入图片描述
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在这里插入图片描述

2.2 seata安装：

  1. 官网下载，解压，我下载的是1.2版本

  2. 修改conf/file.conf，主要是service模块和store模块
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述

  3. 在mysql中新建seata数据库，sql在seata/conf中

  4. 打开conf中的readme，里面有数据库表的github地址，新建表

  5. register.conf中指定注册中心为nacos，并设置serverAddr：
    在这里插入图片描述

  6. 启动

注意：如果出现闪退请查看seata闪退问题解决。

3. 业务模拟：

3.1 订单/库存/账户业务数据库准备：

3.1.1.业务模拟：

在这里插入图片描述

3.1.2 创建数据库：

在这里插入图片描述

3.1.3.订单表：

CREATE TABLE t_order(
    `id` BIGINT(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT PRIMARY KEY,
    `user_id` BIGINT(11) DEFAULT NULL COMMENT '用户id',
    `product_id` BIGINT(11) DEFAULT NULL COMMENT '产品id',
    `count` BIGINT(11) DEFAULT NULL COMMENT '数量',
    `money` BIGINT(11) DEFAULT NULL COMMENT '金额',
    `status` BIGINT(11) DEFAULT NULL COMMENT '订单状态: 0创建中 1已完结'
) ENGINE = INNODB AUTO_INCREMENT=7 DEFAULT CHARSET=utf8;

3.1.4.库存表：

CREATE TABLE t_storage(
    `id` BIGINT(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT PRIMARY KEY,
    `product_id` BIGINT(11) DEFAULT NULL COMMENT '产品id',
    `total` BIGINT(11) DEFAULT NULL COMMENT '总库存',
    `used` BIGINT(11) DEFAULT NULL COMMENT '已用库存',
    `residue` BIGINT(11) DEFAULT NULL COMMENT '剩余库存'
) ENGINE = INNODB AUTO_INCREMENT=2 DEFAULT CHARSET=utf8;
 
INSERT INTO t_storage( `id`,`product_id`, `total`,`used`,`residue`) values(1,1,100,0,100);
SELECT * FROM t_storage;

3.1.5.账户表：

CREATE TABLE t_account(
    `id` BIGINT(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT PRIMARY KEY,
    `user_id` BIGINT(11) DEFAULT NULL COMMENT '用户id',
    `total` BIGINT(11) DEFAULT NULL COMMENT '总额度',
    `used` BIGINT(11) DEFAULT NULL COMMENT '已用额度',
    `residue` BIGINT(11) DEFAULT NULL COMMENT '剩余额度'
) ENGINE = INNODB AUTO_INCREMENT=2 DEFAULT CHARSET=utf8;
 
INSERT INTO t_account( `id`,`user_id`, `total`,`used`,`residue`) values(1,1,1000,0,1000);
SELECT * FROM t_account;

3.1.6.日志回滚表（每个数据库都需要创建）：

drop table `undo_log`;
CREATE TABLE `undo_log` (
  `id` bigint(20) NOT NULL AUTO_INCREMENT,
  `branch_id` bigint(20) NOT NULL,
  `xid` varchar(100) NOT NULL,
  `context` varchar(128) NOT NULL,
  `rollback_info` longblob NOT NULL,
  `log_status` int(11) NOT NULL,
  `log_created` datetime NOT NULL,
  `log_modified` datetime NOT NULL,
  `ext` varchar(100) DEFAULT NULL,
  PRIMARY KEY (`id`),
  UNIQUE KEY `ux_undo_log` (`xid`,`branch_id`)
) ENGINE=InnoDB AUTO_INCREMENT=1 DEFAULT CHARSET=utf8;

3.2 module搭建：

在这里插入图片描述

3.2.1 订单服务

业务代码不多说，主要看看配置：

  1. pom
<!-- nacos -->
<dependency>
    <groupId>com.alibaba.cloud</groupId>
    <artifactId>spring-cloud-starter-alibaba-nacos-discovery</artifactId>
</dependency>
<!-- seata-->
<dependency>
    <groupId>com.alibaba.cloud</groupId>
    <artifactId>spring-cloud-starter-alibaba-seata</artifactId>
    <exclusions>
        <exclusion>
            <groupId>io.seata</groupId>
            <artifactId>seata-all</artifactId>
        </exclusion>
    </exclusions>
</dependency>
<dependency>
    <groupId>io.seata</groupId>
    <artifactId>seata-all</artifactId>
    <version>1.2.0</version>
</dependency>
  1. yml
server:
  port: 2001

spring:
  application:
    name: seata-order-service
  cloud:
    alibaba:
      seata:
        # 自定义事务组名称需要与seata-server中的对应
        tx-service-group: my_test_tx_group #因为seata的file.conf文件中没有service模块，事务组名默认为my_test_tx_group
        #service要与tx-service-group对齐，vgroupMapping和grouplist在service的下一级，my_test_tx_group在再下一级
        service:
          vgroupMapping:
            #要和tx-service-group的值一致
            my_test_tx_group: default
          grouplist:
            # seata seaver的 地址配置，此处可以集群配置是个数组
            default: 10.211.55.26:8091
    nacos:
      discovery:
        server-addr: 10.211.55.26:8848  #nacos
  datasource:
    # 当前数据源操作类型
    type: com.alibaba.druid.pool.DruidDataSource
    # mysql驱动类
    driver-class-name: com.mysql.cj.jdbc.Driver
    url: jdbc:mysql://10.211.55.26:3305/seata_storage?useUnicode=true&characterEncoding=UTF-8&useSSL=false&serverTimezone=GMT%2B8
    username: root
    password: 123456
feign:
  hystrix:
    enabled: false
logging:
  level:
    io:
      seata: info

mybatis:
  mapperLocations: classpath*:mapper/*.xml
  1. file.conf
transport {
  # tcp udt unix-domain-socket
  type = "TCP"
  #NIO NATIVE
  server = "NIO"
  #enable heartbeat
  heartbeat = true
  # the client batch send request enable
  enableClientBatchSendRequest = true
  #thread factory for netty
  threadFactory {
    bossThreadPrefix = "NettyBoss"
    workerThreadPrefix = "NettyServerNIOWorker"
    serverExecutorThread-prefix = "NettyServerBizHandler"
    shareBossWorker = false
    clientSelectorThreadPrefix = "NettyClientSelector"
    clientSelectorThreadSize = 1
    clientWorkerThreadPrefix = "NettyClientWorkerThread"
    # netty boss thread size,will not be used for UDT
    bossThreadSize = 1
    #auto default pin or 8
    workerThreadSize = "default"
  }
  shutdown {
    # when destroy server, wait seconds
    wait = 3
  }
  serialization = "seata"
  compressor = "none"
}
service {
  vgroupMapping.my_test_tx_group = "default"
  default.grouplist = "10.211.55.26:8091"
  enableDegrade = false
  disableGlobalTransaction = false
}

client {
  rm {
    asyncCommitBufferLimit = 10000
    lock {
      retryInterval = 10
      retryTimes = 30
      retryPolicyBranchRollbackOnConflict = true
    }
    reportRetryCount = 5
    tableMetaCheckEnable = false
    reportSuccessEnable = false
    sagaBranchRegisterEnable = false
  }
  tm {
    commitRetryCount = 5
    rollbackRetryCount = 5
    degradeCheck = false
    degradeCheckPeriod = 2000
    degradeCheckAllowTimes = 10
  }
  undo {
    dataValidation = true
    onlyCareUpdateColumns = true
    logSerialization = "jackson"
    logTable = "undo_log"
  }
  log {
    exceptionRate = 100
  }
}
  1. registry.conf
registry {
  # file 、nacos 、eureka、redis、zk、consul、etcd3、sofa
  type = "nacos"

  nacos {
    application = "seata-server"
    serverAddr = "10.211.55.26:8848"    #nacos
    namespace = ""
    username = ""
    password = ""
  }
  eureka {
    serviceUrl = "http://localhost:8761/eureka"
    weight = "1"
  }
  redis {
    serverAddr = "localhost:6379"
    db = "0"
    password = ""
    timeout = "0"
  }
  zk {
    serverAddr = "127.0.0.1:2181"
    sessionTimeout = 6000
    connectTimeout = 2000
    username = ""
    password = ""
  }
  consul {
    serverAddr = "127.0.0.1:8500"
  }
  etcd3 {
    serverAddr = "http://localhost:2379"
  }
  sofa {
    serverAddr = "127.0.0.1:9603"
    region = "DEFAULT_ZONE"
    datacenter = "DefaultDataCenter"
    group = "SEATA_GROUP"
    addressWaitTime = "3000"
  }
  file {
    name = "file.conf"
  }
}

config {
  # file、nacos 、apollo、zk、consul、etcd3、springCloudConfig
  type = "file"

  nacos {
    serverAddr = "127.0.0.1:8848"
    namespace = ""
    group = "SEATA_GROUP"
    username = ""
    password = ""
  }
  consul {
    serverAddr = "127.0.0.1:8500"
  }
  apollo {
    appId = "seata-server"
    apolloMeta = "http://192.168.1.204:8801"
    namespace = "application"
  }
  zk {
    serverAddr = "127.0.0.1:2181"
    sessionTimeout = 6000
    connectTimeout = 2000
    username = ""
    password = ""
  }
  etcd3 {
    serverAddr = "http://localhost:2379"
  }
  file {
    name = "file.conf"
  }
}

3.2.2 库存

3.2.3 账户

3.3 测试

在业务的流程中添加等待20s的代码，让其超时，查看结果。
在这里插入图片描述

添加@GlobalTransaction，再次验证，查看结果。
rollbackFor：出现了什么异常进行回滚
在这里插入图片描述

4. seata原理：

4.1 TC，TM，RM

在这里插入图片描述

  • TC：相当于seata服务器
  • TM：添加了@GlobalTransactional注解的方法，事物的发起方
  • RM：事务的参与方

执行流程：
在这里插入图片描述

4.2 AT模式：

4.2.1 整体机制：

  1. 一阶段：业务数据和回滚日志记录在同一个本地事务中提交，释放本地锁和连接资源。
  2. 二阶段：
    • 提交异步化，非常快速地完成
    • 回滚通过一阶段的回滚日志进行反向补偿

4.2.2 一阶段加载：

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

4.2.3 二阶段提交：

二阶段如果是顺利提交的话，因为“业务SQL”在一阶段已经提交至数据库，所以Seata框架只需将一阶段保存的快照数据和行锁删掉，完成数据清理即可。
在这里插入图片描述

4.2.4 二阶段回滚：

在这里插入图片描述

在这里插入图片描述
在分布式事务执行过程中，可以查看seata_order数据库的undo_log表中的rollback_info字段内容，查看before image和after image的内容。
在这里插入图片描述

在这里插入图片描述
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4.3 建议通过打断点，查看seata表和undo_log表中数据来理解原理

# 学习
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