前言

沒(méi)有數(shù)據(jù)庫(kù)前,數(shù)據(jù)如果是文件方式存儲(chǔ)在磁盤(pán)中,那么如果寫(xiě)入的過(guò)程中,可能寫(xiě)入過(guò)程中出差;或者因?yàn)槲覀兂绦驋斓粼?導(dǎo)致數(shù)據(jù)可能寫(xiě)了一半,如果多個(gè)應(yīng)用程序同時(shí)在寫(xiě)程序的話,那問(wèn)題就更加復(fù)雜。

數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)明，特別是事務(wù)概念，解決了這個(gè)問(wèn)題，事務(wù)將多個(gè)讀寫(xiě)操作看成一個(gè)整體，要么成功要么失敗，對(duì)于應(yīng)用程序來(lái)說(shuō)，簡(jiǎn)化了我們的操作，失敗的時(shí)候，我們知道數(shù)據(jù)是干凈的，不存在亂的問(wèn)題，可以放心地重試。說(shuō)實(shí)話，事務(wù)涉及的東西挺多的，只能盡力去按照學(xué)習(xí)的內(nèi)容梳理下。

一 事務(wù)

事務(wù)除了原子特性，還有一致性，隔離性，持久性，這四個(gè)特性。這就是耳熟能詳?shù)?ACID。A 代表原子性 Atomicity，C 代表一致性（Consistency), I 代表隔離性（Isolation）與 D 持久性（Durability）。

原子性，記得學(xué)習(xí)化學(xué)的時(shí)候， 學(xué)過(guò)“分子是保持物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)的一種微粒，而原子是化學(xué)變化中最小的微粒”從這個(gè)角度來(lái)說(shuō)，原子在化學(xué)變化中是不可分的。利用這個(gè)不可分的特性，來(lái)表示事務(wù)要么全部成功，要么全部失敗，不存在中間狀態(tài)，這樣數(shù)據(jù)就很干凈，非黑即白，不存在灰色地帶；

一致性，一致性理解起來(lái)是有點(diǎn)別扭，數(shù)據(jù)滿足特定的預(yù)定狀態(tài)，經(jīng)過(guò)事務(wù)之后仍然滿足這些事務(wù)的狀態(tài)約束。

隔離性，多個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)的客戶端在同時(shí)操作的時(shí)候，相互隔離，互不影響，完全不影響比較難，多個(gè)事務(wù)共同執(zhí)行的時(shí)候，可能會(huì)出現(xiàn)臟讀，不可重復(fù)讀，幻讀的問(wèn)題。為解決這些問(wèn)題，隔離性也是分級(jí)別的，讀未提交，讀已提交，可重復(fù)讀，串行化。隔離性從前到后越來(lái)越嚴(yán)格，性能也越來(lái)越差。

讀未提交，一個(gè)事務(wù)沒(méi)提交時(shí)，它的變更就被其他的事務(wù)看到，那么從這個(gè)角度來(lái)說(shuō)就有影響了，因?yàn)闆](méi)提交的事務(wù)，如果最后事務(wù)回滾了，那就讀到臟數(shù)據(jù)了；讀提交，是一個(gè)事務(wù)提交之后，別的事務(wù)才可以看到，這樣就不會(huì)存在讀到臟數(shù)據(jù)了；可重復(fù)讀，是指一個(gè)事務(wù)執(zhí)行過(guò)程中看到的數(shù)據(jù)，總跟這個(gè)事務(wù)啟動(dòng)時(shí)看到數(shù)據(jù)一致，讀提交雖然保證了事務(wù)提交之后才可以看到，但是在另外一個(gè)事務(wù)中隨著時(shí)間的推移，我們看到的數(shù)據(jù)可能是不同的；而可重復(fù)讀保障了在一個(gè)事務(wù)中看到的數(shù)據(jù)是相同的，可以解決幻讀的其他問(wèn)題。 串行化，串行化可以解決一切事務(wù)問(wèn)題，因?yàn)樗械氖聞?wù)都是排序的了，所以不會(huì)有沖突。

持久性，一旦事務(wù)提交成功，即使存在硬件故障或數(shù)據(jù)庫(kù)崩潰，事務(wù)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)更改影響是持久的。

二 分布式事務(wù)

對(duì)于分布式系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，事務(wù)變的更加復(fù)雜，分布式事務(wù)經(jīng)常用來(lái)解決的是多個(gè)系統(tǒng)操作的時(shí)候的事務(wù)問(wèn)題。最常用舉例的是電子商務(wù)上，我們購(gòu)買(mǎi)東西，需要建立一個(gè)訂單，并且需要扣減庫(kù)存，我們需要保障兩個(gè)系統(tǒng)都成功，才可以給用戶返回成功。對(duì)訂單系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是一個(gè)事務(wù)，對(duì)庫(kù)存系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，又是另外一個(gè)事務(wù)。在這里分布式事務(wù)，要把訂單系統(tǒng)的事務(wù)和庫(kù)存系統(tǒng)事務(wù)看成一個(gè)事務(wù)，要么一起成功，要么一起失敗。

實(shí)現(xiàn)分布式事務(wù)有三種基本方法：

• XA 二段式提交
• 三階段提交
• 基于消息的最終一致性方法。

我們想下，如果我們要執(zhí)行分布式事務(wù)，需要多個(gè)系統(tǒng)事務(wù)都執(zhí)行成功，如果我們什么都不管，先發(fā) A 系統(tǒng)，再發(fā) B 系統(tǒng)，如果發(fā)送 A 系統(tǒng)后，執(zhí)行事務(wù)失敗的話直接返回失敗，那么如果 A 系統(tǒng)事務(wù)執(zhí)行成功；再發(fā) B 系統(tǒng)的時(shí)候，如果 B 系統(tǒng)事務(wù)成功很容易，如果 B 系統(tǒng)執(zhí)行事務(wù)失敗，我們又如何對(duì) A 系統(tǒng)進(jìn)行回滾操作那？如果讓程序來(lái)進(jìn)行處理，也不是不可能，不過(guò)就會(huì)很復(fù)雜，我們需要針對(duì)不同的情況來(lái)執(zhí)行不同操作。

2.1 XA 二段提交

我們?nèi)绻堰@兩個(gè)執(zhí)行事務(wù)的系統(tǒng)看成一個(gè)系統(tǒng)，這整個(gè)系統(tǒng)支持分布式事務(wù)，多個(gè)系統(tǒng)如果要整體對(duì)外一致的表現(xiàn)，需要一個(gè)協(xié)調(diào)者，這個(gè)系統(tǒng)者有點(diǎn)像用戶代理，通過(guò)這個(gè)協(xié)調(diào)者來(lái)保障，那是不是還按照剛才的步驟來(lái)，剛才的步驟有很大的失敗概率。比如訂單系統(tǒng)很可能成功的，但是庫(kù)存系統(tǒng)因?yàn)閹?kù)存的原因有一定的幾率會(huì)失敗，如果我們?cè)谡嬲峤恢?#xff0c;我們先進(jìn)行問(wèn)詢，在 XA 二階段中被稱(chēng)為問(wèn)詢階段。

XA 是一個(gè)分布式事務(wù)協(xié)議，規(guī)定了事務(wù)管理器和資源管理器接口。其實(shí)事務(wù)管理器就是我們說(shuō)的協(xié)調(diào)者，負(fù)責(zé)問(wèn)詢各節(jié)點(diǎn)事務(wù)，向各個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)起事務(wù)提交； 資源管理接口，是分布式事務(wù)參與者，通常由數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)。

二階段提交協(xié)議（The two-phase commit protocol 2PC）像我們所說(shuō)的一樣，先要進(jìn)行問(wèn)詢（投票）和提交（commit）兩個(gè)階段。

協(xié)調(diào)者會(huì)向事務(wù)參與者發(fā)起執(zhí)行操作的 CanCommit 請(qǐng)求，等待參與者的響應(yīng)。參與者收到請(qǐng)求后，會(huì)執(zhí)行請(qǐng)求中的事務(wù)操作，記錄日志信息但是不提交，待參與者執(zhí)行成功，則向協(xié)調(diào)者發(fā)送 Yes，表示準(zhǔn)許執(zhí)行；如果不成功，則返回 No 消息，則表示終止操作。

當(dāng)所有的參與者都返回結(jié)果后，協(xié)調(diào)者進(jìn)入第二階段，如果都返回 yes，則向參與者發(fā)送 DoCommit 消息，參與者完成剩下的操作，并釋放資源，向協(xié)調(diào)者返回“HaveCommited”消息； 如果有一個(gè)參與者返回 No，則向所有參與者發(fā)送 DoAbort 消息，所有的參與者會(huì)做回滾操作，參與者向協(xié)調(diào)者發(fā)送“HaveCommited" 消息。

二階段提交順利的話，看起來(lái)很美好，但是實(shí)際上有不少問(wèn)題：

同步阻塞：比如二階段期間，本地資源管理器占用臨界資源，處于阻塞狀態(tài)，直到完成；

數(shù)據(jù)不一致：如果只是等待還好，在網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題情況下，如果有的節(jié)點(diǎn)沒(méi)有收到協(xié)調(diào)者的最后的執(zhí)行消息，導(dǎo)致收到的節(jié)點(diǎn)處于提交狀態(tài)，未收到的則處于未提交狀態(tài)。

單點(diǎn)故障，協(xié)調(diào)者如果發(fā)生故障了，參與者鎖定的資源會(huì)一直等待釋放，一直阻塞下去，如果有兩個(gè)協(xié)調(diào)者，雖然可以選舉一個(gè)出來(lái)，但是剛才執(zhí)行的事務(wù)處于什么階段，又是個(gè)不好解決的問(wèn)題。

2.2 三階段提交

三階段提交是為了解決二階段的問(wèn)題：

所有的參與者和協(xié)調(diào)者都引入超時(shí)機(jī)制，通過(guò)超時(shí)時(shí)候默認(rèn)執(zhí)行提交動(dòng)作來(lái)保障數(shù)據(jù)一致性（當(dāng)然如果是終止消息沒(méi)收到，還是數(shù)據(jù)不一致）。

為保障網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題，在二個(gè)階段之間插入預(yù)提交階段，來(lái)進(jìn)一步確認(rèn)事務(wù)，從而保障最終的提交成功。

2.2.1 CanCommit 階段

這個(gè)階段和 2PC 的第一個(gè)階段一樣類(lèi)似，判斷是否可以執(zhí)行事務(wù)，然后返回是否可以順利執(zhí)行事務(wù)。

2.2.2 preCommit 階段

如果都回復(fù) Yes，則協(xié)調(diào)者進(jìn)行預(yù)提交：

協(xié)調(diào)者向參與者發(fā)送 preCommit 指令，表示要進(jìn)行預(yù)提交。

參與者執(zhí)行事務(wù)操作，記錄日志，返回 ACK 確認(rèn)。 如果回復(fù)中又一個(gè) No，則：

協(xié)調(diào)器終止任務(wù)，向所有的參與者發(fā)送 Abort 請(qǐng)求。

參與者如果收到 Abort 請(qǐng)求或者在一定時(shí)間內(nèi)沒(méi)收到請(qǐng)求，則指向事務(wù)中斷。

2.2.3 docommit 階段

如果協(xié)調(diào)者從參與者都收到 ACK 消息：

協(xié)調(diào)者接收到參與者發(fā)送的 ACK 響應(yīng)，將從與提交狀態(tài)進(jìn)入提交狀態(tài)，向所有參與者發(fā)送 doCommit 請(qǐng)求。

參與者收到 doCommit 請(qǐng)求后，執(zhí)行真正的事務(wù)，執(zhí)行后參與者發(fā)送 haveCommited 消息。

協(xié)調(diào)者收到所有參與者的反饋后，完成事務(wù)提交。

如果協(xié)調(diào)者沒(méi)有收全所有參與者的成功返回，會(huì)執(zhí)行中斷事務(wù)操作。

2.3 利用分布式消息實(shí)現(xiàn)最終一致性

有些場(chǎng)合，數(shù)據(jù)一致性要求不一定要求這么嚴(yán)格，無(wú)論是兩階段提交還是三階段提交都無(wú)法解決鎖資源和數(shù)據(jù)最終不一致問(wèn)題。在只要求最終一致性場(chǎng)合，可以通過(guò)分布式消息來(lái)實(shí)現(xiàn)最終一致性。

其實(shí)我理解因?yàn)橥ㄟ^(guò)了分布式消息，一般會(huì)引入分布式消息隊(duì)列，這樣只要第一個(gè)系統(tǒng)得事務(wù)消息被持久了之后，后續(xù)的系統(tǒng)就算失敗了，還可以繼續(xù)重試；這樣異步方式實(shí)現(xiàn)最終一致性也有缺點(diǎn)，就是返回了不代表整個(gè)事務(wù)都完成了，多個(gè)子系統(tǒng)什么時(shí)候一定可以完成事務(wù)是不確定的，當(dāng)然由于是異步處理的，所以系統(tǒng)的性能是最好的。

我們說(shuō)的數(shù)據(jù)一致性要求不是這么嚴(yán)格，有個(gè) BASE 理論專(zhuān)門(mén)來(lái)說(shuō)這個(gè)事情。基本可用（Basically Avaiable） 即出現(xiàn)故障時(shí)候，可以斷臂求生，其他功能還可以用。 （Soft state） 柔狀態(tài)，準(zhǔn)許系統(tǒng)處于一個(gè)中間狀態(tài)，等待最終同步為最終狀態(tài)。 （Eventual Consistency） 最終一致性事務(wù)在操作過(guò)程中數(shù)據(jù)存在同步延遲，但是最終狀態(tài)是一致的。

三 詩(shī)詞欣賞

《夢(mèng)游天姥吟留別》李白海客談瀛洲，煙濤微茫信難求。 越人語(yǔ)天姥，云霞明滅或可睹。天姥連天向天橫，勢(shì)拔五岳掩赤城。 天臺(tái)一萬(wàn)八千丈，對(duì)此欲倒東南傾。 我欲因之夢(mèng)吳越，一夜飛度鏡湖月。 湖月照我影，送我至剡溪。 謝公宿處今尚在，淥水蕩漾清猿啼。 腳著謝公屐，身登青云梯。 半壁見(jiàn)海日，空中聞天雞。 千巖萬(wàn)轉(zhuǎn)路不定，迷花倚石忽已暝。 熊咆龍吟殷巖泉，栗深林兮驚層巔。 云青青兮欲雨，水澹澹兮生煙。 列缺霹靂，丘巒崩摧。洞天石扉，訇然中開(kāi)。 青冥浩蕩不見(jiàn)底，日月照耀金銀臺(tái)。 霓為衣兮風(fēng)為馬，云之君兮紛紛而來(lái)下。 虎鼓瑟兮鸞回車(chē)，仙之人兮列如麻。 忽魂悸以魄動(dòng)，恍驚起而長(zhǎng)嗟。 惟覺(jué)時(shí)之枕席，失向來(lái)之煙霞。 世間行樂(lè)亦如此，古來(lái)萬(wàn)事東流水。 別君去兮何時(shí)還，且放白鹿青崖間， 須行即騎訪名山。安能摧眉折腰事權(quán)貴， 使我不得開(kāi)心顏。

總結(jié)

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