分布式數(shù)據(jù)庫(kù)事務(wù)的兩階段提交介紹
在分布式系統(tǒng)中，各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間在物理上相互獨(dú)立，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行溝通和協(xié)調(diào)。由于存在事務(wù)機(jī)制，可以保證每個(gè)獨(dú)立節(jié)點(diǎn)上的數(shù)據(jù)操作可以滿足ACID。但是，相互獨(dú)立的節(jié)點(diǎn)之間無(wú)法準(zhǔn)確的知道其他節(jié)點(diǎn)中的事務(wù)執(zhí)行情況。所以從理論上講，兩臺(tái)機(jī)器理論上無(wú)法達(dá)到一致的狀態(tài)。如果想讓分布式部署的多臺(tái)機(jī)器中的數(shù)據(jù)保持一致性，那么就要保證在所有節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)寫(xiě)操作，要不全部都執(zhí)行，要么全部的都不執(zhí)行。但是，一臺(tái)機(jī)器在執(zhí)行本地事務(wù)的時(shí)候無(wú)法知道其他機(jī)器中的本地事務(wù)的執(zhí)行結(jié)果。所以他也就不知道本次事務(wù)到底應(yīng)該commit還是 roolback。所以，常規(guī)的解決辦法就是引入一個(gè)“協(xié)調(diào)者”的組件來(lái)統(tǒng)一調(diào)度所有分布式節(jié)點(diǎn)的執(zhí)行。
2PC
二階段提交(Two-phaseCommit)是指，在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)以及數(shù)據(jù)庫(kù)領(lǐng)域內(nèi)，為了使基于分布式系統(tǒng)架構(gòu)下的所有節(jié)點(diǎn)在進(jìn)行事務(wù)提交時(shí)保持一致性而設(shè)計(jì)的一種算法(Algorithm)。通常，二階段提交也被稱(chēng)為是一種協(xié)議(Protocol))。在分布式系統(tǒng)中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)雖然可以知曉自己的操作時(shí)成功或者失敗，卻無(wú)法知道其他節(jié)點(diǎn)的操作的成功或失敗。當(dāng)一個(gè)事務(wù)跨越多個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí)，為了保持事務(wù)的ACID特性，需要引入一個(gè)作為協(xié)調(diào)者的組件來(lái)統(tǒng)一掌控所有節(jié)點(diǎn)(稱(chēng)作參與者)的操作結(jié)果并最終指示這些節(jié)點(diǎn)是否要把操作結(jié)果進(jìn)行真正的提交(比如將更新后的數(shù)據(jù)寫(xiě)入磁盤(pán)等等)。因此，二階段提交的算法思路可以概括為：參與者將操作成敗通知協(xié)調(diào)者，再由協(xié)調(diào)者根據(jù)所有參與者的反饋情報(bào)決定各參與者是否要提交操作還是中止操作。
所謂的兩個(gè)階段是指：第一階段：準(zhǔn)備階段(投票階段)和第二階段：提交階段（執(zhí)行階段）。
準(zhǔn)備階段
事務(wù)協(xié)調(diào)者(事務(wù)管理器)給每個(gè)參與者(資源管理器)發(fā)送Prepare消息，每個(gè)參與者要么直接返回失敗(如權(quán)限驗(yàn)證失敗)，要么在本地執(zhí)行事務(wù)，寫(xiě)本地的redo和undo日志，但不提交，到達(dá)一種“萬(wàn)事俱備，只欠東風(fēng)”的狀態(tài)。
可以進(jìn)一步將準(zhǔn)備階段分為以下三個(gè)步驟：
1）協(xié)調(diào)者節(jié)點(diǎn)向所有參與者節(jié)點(diǎn)詢問(wèn)是否可以執(zhí)行提交操作(vote)，并開(kāi)始等待各參與者節(jié)點(diǎn)的響應(yīng)。
2）參與者節(jié)點(diǎn)執(zhí)行詢問(wèn)發(fā)起為止的所有事務(wù)操作，并將Undo信息和Redo信息寫(xiě)入日志。（注意：若成功這里其實(shí)每個(gè)參與者已經(jīng)執(zhí)行了事務(wù)操作）
3）各參與者節(jié)點(diǎn)響應(yīng)協(xié)調(diào)者節(jié)點(diǎn)發(fā)起的詢問(wèn)。如果參與者節(jié)點(diǎn)的事務(wù)操作實(shí)際執(zhí)行成功，則它返回一個(gè)”同意”消息；如果參與者節(jié)點(diǎn)的事務(wù)操作實(shí)際執(zhí)行失敗，則它返回一個(gè)”中止”消息。
提交階段
如果協(xié)調(diào)者收到了參與者的失敗消息或者超時(shí)，直接給每個(gè)參與者發(fā)送回滾(Rollback)消息；否則，發(fā)送提交(Commit)消息；參與者根據(jù)協(xié)調(diào)者的指令執(zhí)行提交或者回滾操作，釋放所有事務(wù)處理過(guò)程中使用的鎖資源。(注意:必須在最后階段釋放鎖資源)
接下來(lái)分兩種情況分別討論提交階段的過(guò)程。
當(dāng)協(xié)調(diào)者節(jié)點(diǎn)從所有參與者節(jié)點(diǎn)獲得的相應(yīng)消息都為”同意”時(shí):
1）協(xié)調(diào)者節(jié)點(diǎn)向所有參與者節(jié)點(diǎn)發(fā)出”正式提交(commit)”的請(qǐng)求。
2）參與者節(jié)點(diǎn)正式完成操作，并釋放在整個(gè)事務(wù)期間內(nèi)占用的資源。
3）參與者節(jié)點(diǎn)向協(xié)調(diào)者節(jié)點(diǎn)發(fā)送”完成”消息。
4）協(xié)調(diào)者節(jié)點(diǎn)受到所有參與者節(jié)點(diǎn)反饋的”完成”消息后，完成事務(wù)。
如果任一參與者節(jié)點(diǎn)在第一階段返回的響應(yīng)消息為”中止”，或者 協(xié)調(diào)者節(jié)點(diǎn)在第一階段的詢問(wèn)超時(shí)之前無(wú)法獲取所有參與者節(jié)點(diǎn)的響應(yīng)消息時(shí)：
1）協(xié)調(diào)者節(jié)點(diǎn)向所有參與者節(jié)點(diǎn)發(fā)出”回滾操作(rollback)”的請(qǐng)求。
2）參與者節(jié)點(diǎn)利用之前寫(xiě)入的Undo信息執(zhí)行回滾，并釋放在整個(gè)事務(wù)期間內(nèi)占用的資源。
3）參與者節(jié)點(diǎn)向協(xié)調(diào)者節(jié)點(diǎn)發(fā)送”回滾完成”消息。
4）協(xié)調(diào)者節(jié)點(diǎn)受到所有參與者節(jié)點(diǎn)反饋的”回滾完成”消息后，取消事務(wù)。
不管最后結(jié)果如何，第二階段都會(huì)結(jié)束當(dāng)前事務(wù)。
二階段提交看起來(lái)確實(shí)能夠提供原子性的操作，但是不幸的事，二階段提交還是有幾個(gè)缺點(diǎn)的：
1、同步阻塞問(wèn)題。執(zhí)行過(guò)程中，所有參與節(jié)點(diǎn)都是事務(wù)阻塞型的。當(dāng)參與者占有公共資源時(shí)，其他第三方節(jié)點(diǎn)訪問(wèn)公共資源不得不處于阻塞狀態(tài)。
2、單點(diǎn)故障。由于協(xié)調(diào)者的重要性，一旦協(xié)調(diào)者發(fā)生故障。參與者會(huì)一直阻塞下去。尤其在第二階段，協(xié)調(diào)者發(fā)生故障，那么所有的參與者還都處于鎖定事務(wù)資源的狀態(tài)中，而無(wú)法繼續(xù)完成事務(wù)操作。（如果是協(xié)調(diào)者掛掉，可以重新選舉一個(gè)協(xié)調(diào)者，但是無(wú)法解決因?yàn)閰f(xié)調(diào)者宕機(jī)導(dǎo)致的參與者處于阻塞狀態(tài)的問(wèn)題）
3、數(shù)據(jù)不一致。在二階段提交的階段二中，當(dāng)協(xié)調(diào)者向參與者發(fā)送commit請(qǐng)求之后，發(fā)生了局部網(wǎng)絡(luò)異?；蛘咴诎l(fā)送commit請(qǐng)求過(guò)程中協(xié)調(diào)者發(fā)生了故障，這回導(dǎo)致只有一部分參與者接受到了commit請(qǐng)求。而在這部分參與者接到commit請(qǐng)求之后就會(huì)執(zhí)行commit操作。但是其他部分未接到commit請(qǐng)求的機(jī)器則無(wú)法執(zhí)行事務(wù)提交。于是整個(gè)分布式系統(tǒng)便出現(xiàn)了數(shù)據(jù)部一致性的現(xiàn)象。
4、二階段無(wú)法解決的問(wèn)題：協(xié)調(diào)者再發(fā)出commit消息之后宕機(jī)，而唯一接收到這條消息的參與者同時(shí)也宕機(jī)了。那么即使協(xié)調(diào)者通過(guò)選舉協(xié)議產(chǎn)生了新的協(xié)調(diào)者，這條事務(wù)的狀態(tài)也是不確定的，沒(méi)人知道事務(wù)是否被已經(jīng)提交。
