分布式事務之深入理解什么是2PC、3PC及TCC協(xié)議？

前言

在上一篇文章《教你一手如何基于RocketMQ搭建生產級消息集群》中給大家介紹了基于RocketMQ如何搭建生產級消息集群。因為本系列文章最終的目的是介紹基于RocketMQ的事物消息來解決分布式系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)一致性問題，所以先給大家率先介紹了RocketMQ消息集群的搭建。

原本是想著在這篇文章中直接介紹RocketMQ的事務消息特性，但是在梳理的過程中作者發(fā)現(xiàn)對于分布式事務的概念，可能還會有很多同學不理解或者理解得不是很深刻的地方，而跳過這些基本概念直接去學習上層的實踐可能并不是一件很好的事情，因此在這篇文章中，作者打算重點給大家先介紹下分布式事務相關的基本概念，諸如分布式事務、2PC、3PC、TCC之類的基本問題，之后再單獨去介紹RocketMQ事務消息相關的實踐。

數(shù)據(jù)庫事務的概念

在講述分布式事務的概念之前，我們先來回顧下事務相關的一些概念。

事務的基本概念：

就是一個程序執(zhí)行單元，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。例如一段事務代碼做了兩次數(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。

事務的基本特性：

我們知道事務有4個非常重要的特性，即我們常說的（ACID）。

Atomicity（原子性）:是說事務是一個不可分割的整體，所有操作要么全做，要么全不做；只要事務中有一個操作出錯，回滾到事務開始前的狀態(tài)的話，那么之前已經(jīng)執(zhí)行的所有操作都是無效的，都應該回滾到開始前的狀態(tài)。

Consistency（一致性）：是說事務執(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）： 多個并發(fā)事務之間相互隔離，不能互相干擾。關于事務的隔離性，可能不是特別好理解，這里的并發(fā)事務是指兩個事務操作了同一份數(shù)據(jù)的情況；而對于并發(fā)事務操作同一份數(shù)據(jù)的隔離性問題，則是要求不能出現(xiàn)臟讀、幻讀的情況，即事務A不能讀取事務B還沒有提交的數(shù)據(jù)，或者在事務A讀取數(shù)據(jù)進行更新操作時，不允許事務B率先更新掉這條數(shù)據(jù)。而為了解決這個問題，常用的手段就是加鎖了，對于數(shù)據(jù)庫來說就是通過數(shù)據(jù)庫的相關鎖機制來保證。

Durablity（持久性）：事務完成后，對數(shù)據(jù)庫的更改是永久保存的，不能回滾。

關于數(shù)據(jù)庫事務的基本概念大家可以去網(wǎng)上搜一下，這里只是給大家回顧下事務的基本概念及特性，諸如事務并發(fā)問題、事務隔離級別等大家如有遺忘可以去回顧下（tips：面試經(jīng)常會問到的問題哦）。

什么是分布式事務

以上內容我們回顧了下事務的基本概念，那么分布式事務又是個什么概念呢？它與數(shù)據(jù)庫事務之間又有什么區(qū)別呢？

其實分布式事務從實質上看與數(shù)據(jù)庫事務的概念是一致的，既然是事務也就需要滿足事務的基本特性（ACID），只是分布式事務相對于本地事務而言其表現(xiàn)形式有很大的不同。舉個例子，在一個JVM進程中如果需要同時操作數(shù)據(jù)庫的多條記錄，而這些操作需要在一個事務中，那么我們可以通過數(shù)據(jù)庫提供的事務機制（一般是數(shù)據(jù)庫鎖）來實現(xiàn)。

而隨著這個JVM進程（應用）被拆分成了微服務架構，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。

舉個例子：服務A收到一筆購物下單請求后，需要調用服務B去支付，支付成功則處理購物訂單為待發(fā)貨狀態(tài)，否則就需要將購物訂單處理為失敗狀態(tài)。（如圖所示）

在上面這個例子中會不會出現(xiàn)服務B支付成功了，但是由于網(wǎng)絡調用的問題沒有通知到服務A，導致用戶付了錢，但是購物訂單無法顯示支付成功的狀態(tài)呢？

答案是這種情況是普遍存在的，因為服務B在處理成功后需要向服務A發(fā)送網(wǎng)絡請求，而這個過程是極有可能失敗的。那么如何確?！胺誂->服務B”這個過程能夠組成一個事務，要么全部成功、要么全部失敗呢？而這就是典型的需要通過分布式事務解決的問題。

分布式事務是為了解決微服務架構（形式都是分布式系統(tǒng)）中不同節(jié)點之間的數(shù)據(jù)一致性問題。這個一致性問題本質上解決的也是傳統(tǒng)事務需要解決的問題，即一個請求在多個微服務調用鏈中，所有服務的數(shù)據(jù)處理要么全部成功，要么全部回滾。當然分布式事務問題的形式可能與傳統(tǒng)事務會有比較大的差異，但是問題本質是一致的，都是要求解決數(shù)據(jù)的一致性問題。

而分布式事務的實現(xiàn)方式有很多種，最具有代表性的是由Oracle Tuxedo系統(tǒng)提出的XA分布式事務協(xié)議。XA協(xié)議包括兩階段提交（2PC）和三階段提交（3PC）兩種實現(xiàn)，接下來我們分別來介紹下這兩種實現(xiàn)方式的原理。

兩階段提交（2PC）

兩階段提交又稱2PC（two-phase commit protocol）,2pc是一個非常經(jīng)典的強一致、中心化的原子提交協(xié)議。這里所說的中心化是指協(xié)議中有兩類節(jié)點：一個是中心化協(xié)調者節(jié)點（coordinator）和N個參與者節(jié)點（partcipant）。

下面我們就以一個盡量貼近實際業(yè)務場景的操作來舉例："假設在一個分布式架構的系統(tǒng)中事務的發(fā)起者通過分布式事務協(xié)調者（如RocketMQ，在早期RocketMQ版本不提供事務消息特性時，有些公司會自己研發(fā)一個基于MQ的可靠消息服務來實現(xiàn)一定的分布式事務的特性）分別向應用服務A、應用服務B發(fā)起處理請求，二者在處理的過程中會分別操作自身服務的數(shù)據(jù)庫，現(xiàn)在要求應用服務A、應用服務B的數(shù)據(jù)處理操作要在一個事務里"?

在上面這個例子中如果采用兩階段提交來實現(xiàn)分布式事務，那么其運行原理應該是個什么樣的呢？（如