Seata的實現(xiàn)原理是什么

本篇內(nèi)容介紹了“Seata的實現(xiàn)原理是什么”的有關(guān)知識，在實際案例的操作過程中，不少人都會遇到這樣的困境，接下來就讓小編帶領(lǐng)大家學習一下如何處理這些情況吧！希望大家仔細閱讀，能夠?qū)W有所成！

目錄

• 一、背景

• 二、分布式事務(wù)規(guī)范

• 2.1、分布式事務(wù)相關(guān)概念

• 2.2、分布式事務(wù)實現(xiàn)規(guī)范

• 2.2.1、XA

• 2.2.2、柔性事務(wù)的最終一致性

• 三、Seata 架構(gòu)

• 3.1、系統(tǒng)組成

• 3.2、工作模式

• 3.2.1、AT（Auto Transaction）

• 3.2.2、TCC

• 3.2.3、XA模式

• 四、AT 模式核心實現(xiàn)

• 4.1、事務(wù)協(xié)調(diào)器的啟動

• 4.2、事務(wù)管理器的啟動

• 4.3、資源管理器的啟動

• 4.4、全局事務(wù)的工作流程

• 4.4.1、成功的全局事務(wù)處理流程

• 4.4.2、成功的全局事務(wù)處理流程

• 4.5、寫隔離實現(xiàn)

• 4.6、讀隔離實現(xiàn)

• 五、總結(jié)

一、背景

大型廠商根據(jù)分布式事務(wù)實現(xiàn)規(guī)范，實現(xiàn)了不同的分布式框架，以簡化業(yè)務(wù)開發(fā)者處理分布式事務(wù)相關(guān)工作，讓開發(fā)者專注于核心業(yè)務(wù)開發(fā)。

Seata就是這么一個分布式事務(wù)處理框架，Seata是由阿里開源，前身為Fescar，經(jīng)過品牌升級變身Seata。

二、分布式事務(wù)規(guī)范

2.1、分布式事務(wù)相關(guān)概念

事務(wù)：一個程序執(zhí)行單元，是用戶定義的一組操作序列，需要滿足ACID屬性。

本地事務(wù)：事務(wù)由本地資源管理器管理。

分布式事務(wù)：事務(wù)的操作位于不同的節(jié)點。

分支事務(wù)：在分布式事務(wù)中，由資源管理器管理的本地事務(wù)。

全局事務(wù)：一次性操作多個資源管理器完成的事務(wù)，由一組分支事務(wù)組成。

2.2、分布式事務(wù)實現(xiàn)規(guī)范

對于本地事務(wù)，可以借助DBMS系統(tǒng)來實現(xiàn)事務(wù)的管理，但是對于分布式事務(wù)，它就無能為力了。對于分布式事務(wù)，目前主要有2種思路：XA協(xié)議的強一致規(guī)范以及柔性事務(wù)的最終一致性規(guī)范。

2.2.1、XA

XA是基于2階段提交協(xié)議設(shè)計的接口標準，實現(xiàn)了XA規(guī)范的資源管理器就可以參與XA全局事務(wù)。應(yīng)用承擔事務(wù)管理器TM工作，數(shù)據(jù)庫承擔資源管理器RM工作，TM生成全局事務(wù)id，控制RM的提交和回滾。

2.2.2、柔性事務(wù)的最終一致性

該規(guī)范主要有3種實現(xiàn)方式，TCC、MQ事務(wù)消息、本地消息表。（還存在其他一些不常用實現(xiàn)方式如Saga）。

TCC：try/confirm/cancel，在try階段鎖定資源，confirm階段進行提交，資源鎖定失敗執(zhí)行cancel階段釋放資源。

MQ事務(wù)消息：前提消息系統(tǒng)需要支持事務(wù)如RocketMQ，在本地事務(wù)執(zhí)行前，發(fā)送事務(wù)消息prepare，本地事務(wù)執(zhí)行成功，發(fā)送事務(wù)消息commit，實現(xiàn)分布式事務(wù)最終一致性。如果事務(wù)消息commit失敗，RocketMQ會回查消息發(fā)送者確保消息正常提交，如果步驟5執(zhí)行失敗，進行重試，達到最終一致性。

本地消息表：跟MQ事務(wù)消息類似，區(qū)別在于MQ不支持事務(wù)消息，需要借助本地數(shù)據(jù)庫的事務(wù)管理能力。在步驟1中將需要發(fā)送的消息和本地事務(wù)一起提交到DB，借助DB的事務(wù)管理確保消息持久化。步驟2應(yīng)用通過本地消息表掃描，重試發(fā)送，確保消息可以發(fā)送成功。

三、Seata 架構(gòu)

3.1、系統(tǒng)組成

Seata有三個核心組件：

• Transaction Coordinator(TC，事務(wù)協(xié)調(diào)器)—— 維護全局事務(wù)和分支事務(wù)的狀態(tài)，驅(qū)動全局事務(wù)提交或回滾。

• Transaction Manager(TM，事務(wù)管理器)—— 定義全局事務(wù)的范圍，開始事務(wù)、提交事務(wù)、回滾事務(wù)。

• Resource Manager(RM，資源管理器)：—— 管理分支事務(wù)上的資源，向TC注冊分支事務(wù)，匯報分支事務(wù)狀態(tài)，驅(qū)動分支事務(wù)的提交或回滾。

三個組件相互協(xié)作，TC 以 Server 形式獨立部署，TM和RM集成在應(yīng)用中啟動，其整體交互如下：

3.2、工作模式

Seata 支持四種工作模式：

3.2.1、AT（Auto Transaction）

AT模式是Seata默認的工作模式。需要基于支持本地 ACID 事務(wù)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，Java 應(yīng)用，通過 JDBC 訪問數(shù)據(jù)庫。

整體機制：

該模式是XA協(xié)議的演變，XA協(xié)議是基于資源管理器實現(xiàn)，而AT并不是如此。AT的2個階段分別是：

一階段：業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和回滾日志記錄在同一個本地事務(wù)中提交，釋放本地鎖和連接資源。二階段：提交異步化，非常快速地完成；回滾通過一階段的回滾日志進行反向補償。

下圖中，步驟1開啟全局事務(wù)；步驟2注冊分支事務(wù)，這里對應(yīng)著一階段；步驟3提交或者回滾分支事務(wù)，對應(yīng)著二階段。

特點：

優(yōu)點：對代碼無侵入；并發(fā)度高，本地鎖在一階段就會釋放；不需要數(shù)據(jù)庫對XA協(xié)議的支持。

缺點：只能用在支持ACID的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫；SQL解析還不能支持全部語法。

3.2.2、TCC

該模式工作分為三個階段：

上圖中對于多個分支事務(wù)，省略了多次出現(xiàn)的 2.* 步驟。對于全局事務(wù)執(zhí)行過程中業(yè)務(wù)應(yīng)用宕機情況，業(yè)務(wù)應(yīng)用集群中對等節(jié)點會通過從TC獲取相關(guān)會話，從DB加載詳細信息來恢復狀態(tài)機。

特點：

優(yōu)點：一階段提交本地事務(wù)，無鎖，高性能；事件驅(qū)動架構(gòu)，參與者可異步執(zhí)行，高吞吐；補償服務(wù)易于實現(xiàn)。

缺點：不保證隔離性。

3.2.3、XA模式

XA是基于二階段提交設(shè)計的接口標準。對于支持XA的資源管理器，借助Seata框架的XA模式，會使XA方案更簡單易用。使用前提：需要分支數(shù)據(jù)庫支持XA 事務(wù)，應(yīng)用為 Java應(yīng)用，且使用JDBC訪問數(shù)據(jù)庫。

整體機制：

在 Seata 定義的分布式事務(wù)框架內(nèi)，利用事務(wù)資源（數(shù)據(jù)庫、消息服務(wù)等）對 XA 協(xié)議的支持，以 XA 協(xié)議的機制來管理分支事務(wù)的一種 事務(wù)模式。

執(zhí)行階段：業(yè)務(wù)sql在XA分支中執(zhí)行，由分支事務(wù)的RM管理器管理，然后執(zhí)行XA prepare。完成階段：TM根據(jù)各個分支執(zhí)行結(jié)果通過TC通知各個分支執(zhí)行XA commit或者XA rollback。

特點：

優(yōu)點：繼承了XA協(xié)議的優(yōu)勢，事務(wù)具有強一致性。

缺點：同樣繼承了XA協(xié)議的劣勢，由于分支事務(wù)長時間開啟，并發(fā)度低。2.5 Seata 各模式對比

分布式事務(wù)方案沒有銀彈，根據(jù)自己的業(yè)務(wù)特性選擇合適的模式。例如追求強一致性，可以選擇AT和XA，存在和外部系統(tǒng)對接，可以選擇Saga模式，不能依賴本地事務(wù)，可以采用TCC等等。結(jié)合各模式的優(yōu)缺點進行選擇。

四、AT 模式核心實現(xiàn)

鑒于Seata支持的模式較多，而其默認的模式是AT，為節(jié)省篇幅，以下圍繞AT模式分析其相關(guān)的核心模塊實現(xiàn)。

4.1、事務(wù)協(xié)調(diào)器的啟動

TC（事務(wù)協(xié)調(diào)器）以獨立的服務(wù)啟動，作為Server，維護全局事務(wù)和分支事務(wù)的狀態(tài)，驅(qū)動全局事務(wù)提交或回滾。下面是TC的啟動流程：

4.2、事務(wù)管理器的啟動

TM（事務(wù)管理器）集成在應(yīng)用中啟動，負責定義全局事務(wù)的范圍，開始事務(wù)、提交事務(wù)、回滾事務(wù)。
TM所在應(yīng)用中需要配置GlobalTransactionScannerbean，在應(yīng)用啟動時會進行如下初始化流程：

4.3、資源管理器的啟動

RM（資源管理器）集成在應(yīng)用中啟動，負責管理分支事務(wù)上的資源，向TC注冊分支事務(wù)，匯報分支事務(wù)狀態(tài)，驅(qū)動分支事務(wù)的提交或回滾。
RM所在的應(yīng)用中除了需要跟TM一樣配置GlobalTransactionScanner以啟動RMClient，還需要配置DataSourceProxy，以實現(xiàn)對數(shù)據(jù)源訪問代理。該數(shù)據(jù)源代理實現(xiàn)了sql的解析 →生成undo-log →業(yè)務(wù)sql和undo-log一并本地提交等操作。

4.4、全局事務(wù)的工作流程

下面以一個簡單的例子來說明全局事務(wù)的工作原理：

• BusinessService：發(fā)起購買服務(wù)

• StorageService：庫存管理服務(wù)

購買操作實現(xiàn)在businessService.purchase中，purchase方法實現(xiàn)上通過GlobalTransaction注解，通過Dubbo服務(wù)，調(diào)用了庫存服務(wù)deduct方法方法，樣例如下：

@GlobalTransactional(timeoutMills = 300000, name = "dubbo-demo-tx")
public void purchase(String userId, String commodityCode, int orderCount) {
    storageService.deduct(commodityCode, orderCount);
    // throw new RuntimeException("xxx");
}

4.4.1、成功的全局事務(wù)處理流程

4.4.2、成功的全局事務(wù)處理流程

這里設(shè)定BusinessService在成功調(diào)用StorageService后，本地出現(xiàn)異常。

4.5、寫隔離實現(xiàn)

全局事務(wù)未提交，分支事務(wù)本地已經(jīng)提交的情況下（假設(shè)修改了資源A），如何避免其他事務(wù)在此時修改資源A？Seata采用全局鎖來實現(xiàn)，其流程如下：

4.6、讀隔離實現(xiàn)

在數(shù)據(jù)庫本地隔離級別為讀已提交或以上的基礎(chǔ)上，Seata提供了讀未提交，這個很好理解，全局事務(wù)提交前分支事務(wù)本地已經(jīng)提交。如果想要實現(xiàn)讀已提交，則需要在select語句上加for update。

五、總結(jié)

Seata是Java領(lǐng)域很強大的分布式事務(wù)框架，其支持了多種模式。其中默認支持的AT模式，相比于傳統(tǒng)的2PC協(xié)議（基于數(shù)據(jù)庫的XA協(xié)議），很好地解決了2PC長期鎖資源的問題，提高了并發(fā)度。Seata支持的各個模式中，AT模式對業(yè)務(wù)零入侵實現(xiàn)分布式事務(wù)，對于開發(fā)者更加友好。另外Seata的Server在選擇合適的存儲介質(zhì)時可以進行集群模式，減少單點故障影響。

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