隨著業(yè)務(wù)的快速發(fā)展、業(yè)務(wù)復(fù)雜度越來(lái)越高，幾乎每個(gè)公司的系統(tǒng)都會(huì)從單體走向分布式，特別是轉(zhuǎn)向微服務(wù)架構(gòu)。隨之而來(lái)就必然遇到分布式事務(wù)這個(gè)難題。

這篇文章首先介紹了相關(guān)的基礎(chǔ)理論，然后總結(jié)了最經(jīng)典的事務(wù)方案，最后給出了子事務(wù)亂序執(zhí)行（冪等、空補(bǔ)償、懸掛問(wèn)題）的解決方案，分享給大家。

基礎(chǔ)理論

在講解具體方案之前，我們先了解一下分布式事務(wù)所涉及到的基礎(chǔ)理論知識(shí)。

我們拿轉(zhuǎn)賬作為例子，A需要轉(zhuǎn)100元給B，那么需要給A的余額-100元，給B的余額+100元，整個(gè)轉(zhuǎn)賬要保證，A-100和B+100同時(shí)成功，或者同時(shí)失敗?？纯丛诟鞣N場(chǎng)景下，是如何解決這個(gè)問(wèn)題的。

事務(wù)

把多條語(yǔ)句作為一個(gè)整體進(jìn)行操作的功能，被稱(chēng)為數(shù)據(jù)庫(kù)事務(wù)。數(shù)據(jù)庫(kù)事務(wù)可以確保該事務(wù)范圍內(nèi)的所有操作都可以全部成功或者全部失敗。

事務(wù)具有 4 個(gè)屬性：原子性、一致性、隔離性、持久性。這四個(gè)屬性通常稱(chēng)為 ACID 特性。

• Atomicity（原子性）：一個(gè)事務(wù)中的所有操作，要么全部完成，要么全部不完成，不會(huì)結(jié)束在中間某個(gè)環(huán)節(jié)。事務(wù)在執(zhí)行過(guò)程中發(fā)生錯(cuò)誤，會(huì)被恢復(fù)到事務(wù)開(kāi)始前的狀態(tài)，就像這個(gè)事務(wù)從來(lái)沒(méi)有執(zhí)行過(guò)一樣。
• Consistency（一致性）：在事務(wù)開(kāi)始之前和事務(wù)結(jié)束以后，數(shù)據(jù)庫(kù)的完整性沒(méi)有被破壞。完整性包括外鍵約束、應(yīng)用定義的等約束不會(huì)被破壞。
• Isolation（隔離性）：數(shù)據(jù)庫(kù)允許多個(gè)并發(fā)事務(wù)同時(shí)對(duì)其數(shù)據(jù)進(jìn)行讀寫(xiě)和修改的能力，隔離性可以防止多個(gè)事務(wù)并發(fā)執(zhí)行時(shí)由于交叉執(zhí)行而導(dǎo)致數(shù)據(jù)的不一致。
• Durability（持久性）：事務(wù)處理結(jié)束后，對(duì)數(shù)據(jù)的修改就是永久的，即便系統(tǒng)故障也不會(huì)丟失。

假如我們的業(yè)務(wù)系統(tǒng)不復(fù)雜，可以在一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)、一個(gè)服務(wù)內(nèi)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行修改，完成轉(zhuǎn)賬，那么，我們可以利用數(shù)據(jù)庫(kù)事務(wù)，保證轉(zhuǎn)賬業(yè)務(wù)的正確完成。

分布式事務(wù)

銀行跨行轉(zhuǎn)賬業(yè)務(wù)是一個(gè)典型分布式事務(wù)場(chǎng)景，假設(shè)A需要跨行轉(zhuǎn)賬給B，那么就涉及兩個(gè)銀行的數(shù)據(jù)，無(wú)法通過(guò)一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)的本地事務(wù)保證轉(zhuǎn)賬的ACID，只能夠通過(guò)分布式事務(wù)來(lái)解決。

分布式事務(wù)就是指事務(wù)的發(fā)起者、資源及資源管理器和事務(wù)協(xié)調(diào)者分別位于分布式系統(tǒng)的不同節(jié)點(diǎn)之上。在上述轉(zhuǎn)賬的業(yè)務(wù)中，用戶(hù)A-100操作和用戶(hù)B+100操作不是位于同一個(gè)節(jié)點(diǎn)上。本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，分布式事務(wù)就是為了保證在分布式場(chǎng)景下，數(shù)據(jù)操作的正確執(zhí)行。

分布式事務(wù)在分布式環(huán)境下，為了滿(mǎn)足可用性、性能與降級(jí)服務(wù)的需要，降低一致性與隔離性的要求，一方面遵循 BASE 理論（BASE相關(guān)理論，涉及內(nèi)容非常多，感興趣的同學(xué)，可以參考BASE理論）：

• 基本業(yè)務(wù)可用性（Basic Availability）
• 柔性狀態(tài)（Soft state）
• 最終一致性（Eventual consistency）

同樣的，分布式事務(wù)也部分遵循 ACID 規(guī)范：

• 原子性：嚴(yán)格遵循
• 一致性：事務(wù)完成后的一致性嚴(yán)格遵循；事務(wù)中的一致性可適當(dāng)放寬
• 隔離性：并行事務(wù)間不可影響；事務(wù)中間結(jié)果可見(jiàn)性允許安全放寬
• 持久性：嚴(yán)格遵循

分布式事務(wù)的解決方案

由于分布式事務(wù)方案，無(wú)法做到完全的ACID的保證，沒(méi)有一種完美的方案，能夠解決掉所有業(yè)務(wù)問(wèn)題。因此在實(shí)際應(yīng)用中，會(huì)根據(jù)業(yè)務(wù)的不同特性，選擇最適合的分布式事務(wù)方案。

兩階段提交/XA

XA是由X/Open組織提出的分布式事務(wù)的規(guī)范，XA規(guī)范主要定義了(全局)事務(wù)管理器(TM)和(局部)資源管理器(RM)之間的接口。本地的數(shù)據(jù)庫(kù)如mysql在XA中扮演的是RM角色

XA一共分為兩階段：

第一階段（prepare）：即所有的參與者RM準(zhǔn)備執(zhí)行事務(wù)并鎖住需要的資源。參與者ready時(shí)，向TM報(bào)告已準(zhǔn)備就緒。
第二階段 (commit/rollback)：當(dāng)事務(wù)管理者(TM)確認(rèn)所有參與者(RM)都ready后，向所有參與者發(fā)送commit命令。
目前主流的數(shù)據(jù)庫(kù)基本都支持XA事務(wù)，包括mysql、oracle、sqlserver、postgre

XA 事務(wù)由一個(gè)或多個(gè)資源管理器（RM）、一個(gè)事務(wù)管理器（TM）和一個(gè)應(yīng)用程序（ApplicationProgram）組成。

這里的RM、TM、AP三個(gè)角色是經(jīng)典的角色劃分，會(huì)貫穿后續(xù)Saga、Tcc等事務(wù)模式。

把上面的轉(zhuǎn)賬作為例子，一個(gè)成功完成的XA事務(wù)時(shí)序圖如下：

如果有任何一個(gè)參與者prepare失敗，那么TM會(huì)通知所有完成prepare的參與者進(jìn)行回滾。

XA事務(wù)的特點(diǎn)是：

• 簡(jiǎn)單易理解，開(kāi)發(fā)較容易
• 對(duì)資源進(jìn)行了長(zhǎng)時(shí)間的鎖定，并發(fā)度低

如果讀者想要進(jìn)一步研究XA，go語(yǔ)言以及PHP、Python、Java、C#、Node等都可參考DTM

SAGA

Saga是這一篇數(shù)據(jù)庫(kù)論文sagas提到的一個(gè)方案。其核心思想是將長(zhǎng)事務(wù)拆分為多個(gè)本地短事務(wù)，由Saga事務(wù)協(xié)調(diào)器協(xié)調(diào)，如果正常結(jié)束那就正常完成，如果某個(gè)步驟失敗，則根據(jù)相反順序一次調(diào)用補(bǔ)償操作。

把上面的轉(zhuǎn)賬作為例子，一個(gè)成功完成的SAGA事務(wù)時(shí)序圖如下：

Saga一旦到了Cancel階段，那么Cancel在業(yè)務(wù)邏輯上是不允許失敗了。如果因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)或者其他臨時(shí)故障，導(dǎo)致沒(méi)有返回成功，那么TM會(huì)不斷重試，直到Cancel返回成功。

Saga事務(wù)的特點(diǎn)：

• 并發(fā)度高，不用像XA事務(wù)那樣長(zhǎng)期鎖定資源
• 需要定義正常操作以及補(bǔ)償操作，開(kāi)發(fā)量比XA大
• 一致性較弱，對(duì)于轉(zhuǎn)賬，可能發(fā)生A用戶(hù)已扣款，最后轉(zhuǎn)賬又失敗的情況

論文里面的SAGA內(nèi)容較多，包括兩種恢復(fù)策略，包括分支事務(wù)并發(fā)執(zhí)行，我們這里的討論，僅包括最簡(jiǎn)單的SAGA

SAGA適用的場(chǎng)景較多，長(zhǎng)事務(wù)適用，對(duì)中間結(jié)果不敏感的業(yè)務(wù)場(chǎng)景適用

如果讀者想要進(jìn)一步研究SAGA，可參考DTM，里面包括了SAGA成功、失敗回滾的例子，還包括各類(lèi)網(wǎng)絡(luò)異常的處理。

TCC

關(guān)于 TCC（Try-Confirm-Cancel）的概念，最早是由 Pat Helland 于 2007 年發(fā)表的一篇名為《Life beyond Distributed Transactions:an Apostate’s Opinion》的論文提出。

TCC分為3個(gè)階段

• Try 階段：嘗試執(zhí)行，完成所有業(yè)務(wù)檢查（一致性）, 預(yù)留必須業(yè)務(wù)資源（準(zhǔn)隔離性）
• Confirm 階段：確認(rèn)執(zhí)行真正執(zhí)行業(yè)務(wù)，不作任何業(yè)務(wù)檢查，只使用 Try 階段預(yù)留的業(yè)務(wù)資源，Confirm 操作要求具備冪等設(shè)計(jì)，Confirm 失敗后需要進(jìn)行重試。
• Cancel 階段：取消執(zhí)行，釋放 Try 階段預(yù)留的業(yè)務(wù)資源。Cancel 階段的異常和 Confirm 階段異常處理方案基本上一致，要求滿(mǎn)足冪等設(shè)計(jì)。

把上面的轉(zhuǎn)賬作為例子，通常會(huì)在Try里面凍結(jié)金額，但不扣款，Confirm里面扣款，Cancel里面解凍金額，一個(gè)成功完成的TCC事務(wù)時(shí)序圖如下：

TCC的Confirm/Cancel階段在業(yè)務(wù)邏輯上是不允許返回失敗的，如果因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)或者其他臨時(shí)故障，導(dǎo)致不能返回成功，TM會(huì)不斷的重試，直到Confirm/Cancel返回成功。

TCC特點(diǎn)如下：

• 并發(fā)度較高，無(wú)長(zhǎng)期資源鎖定。
• 開(kāi)發(fā)量較大，需要提供Try/Confirm/Cancel接口。
• 一致性較好，不會(huì)發(fā)生SAGA已扣款最后又轉(zhuǎn)賬失敗的情況
• TCC適用于訂單類(lèi)業(yè)務(wù)，對(duì)中間狀態(tài)有約束的業(yè)務(wù)

如果讀者想要進(jìn)一步研究TCC，可參考DTM

本地消息表

本地消息表這個(gè)方案最初是 ebay 架構(gòu)師 Dan Pritchett 在 2008 年發(fā)表給 ACM 的文章。設(shè)計(jì)核心是將需要分布式處理的任務(wù)通過(guò)消息的方式來(lái)異步確保執(zhí)行。

大致流程如下：

寫(xiě)本地消息和業(yè)務(wù)操作放在一個(gè)事務(wù)里，保證了業(yè)務(wù)和發(fā)消息的原子性，要么他們?nèi)汲晒?，要么全都失敗?/p>

容錯(cuò)機(jī)制：

• 扣減余額事務(wù) 失敗時(shí)，事務(wù)直接回滾，無(wú)后續(xù)步驟
• 輪序生產(chǎn)消息失敗， 增加余額事務(wù)失敗都會(huì)進(jìn)行重試

本地消息表的特點(diǎn)：

• 長(zhǎng)事務(wù)僅需要分拆成多個(gè)任務(wù)，使用簡(jiǎn)單
• 生產(chǎn)者需要額外的創(chuàng)建消息表
• 每個(gè)本地消息表都需要進(jìn)行輪詢(xún)
• 消費(fèi)者的邏輯如果無(wú)法通過(guò)重試成功，那么還需要