總結分布式事務的7種解決方案（理論+方案）

隨著業(yè)務的快速發(fā)展、業(yè)務復雜度越來越高，幾乎每個公司的系統(tǒng)都會從單體走向分布式，特別是轉向微服務架構。隨之而來就必然遇到分布式事務這個難題。

這篇文章首先介紹了相關的基礎理論，然后總結了最經(jīng)典的事務方案，最后給出了子事務亂序執(zhí)行（冪等、空補償、懸掛問題）的解決方案，分享給大家。

基礎理論

在講解具體方案之前，我們先了解一下分布式事務所涉及到的基礎理論知識。

我們拿轉賬作為例子，A需要轉100元給B，那么需要給A的余額-100元，給B的余額+100元，整個轉賬要保證，A-100和B+100同時成功，或者同時失敗。看看在各種場景下，是如何解決這個問題的。

事務

把多條語句作為一個整體進行操作的功能，被稱為數(shù)據(jù)庫事務。數(shù)據(jù)庫事務可以確保該事務范圍內(nèi)的所有操作都可以全部成功或者全部失敗。

事務具有 4 個屬性：原子性、一致性、隔離性、持久性。這四個屬性通常稱為 ACID 特性。

• Atomicity（原子性）：一個事務中的所有操作，要么全部完成，要么全部不完成，不會結束在中間某個環(huán)節(jié)。事務在執(zhí)行過程中發(fā)生錯誤，會被恢復到事務開始前的狀態(tài)，就像這個事務從來沒有執(zhí)行過一樣。
• Consistency（一致性）：在事務開始之前和事務結束以后，數(shù)據(jù)庫的完整性沒有被破壞。完整性包括外鍵約束、應用定義的等約束不會被破壞。
• Isolation（隔離性）：數(shù)據(jù)庫允許多個并發(fā)事務同時對其數(shù)據(jù)進行讀寫和修改的能力，隔離性可以防止多個事務并發(fā)執(zhí)行時由于交叉執(zhí)行而導致數(shù)據(jù)的不一致。
• Durability（持久性）：事務處理結束后，對數(shù)據(jù)的修改就是永久的，即便系統(tǒng)故障也不會丟失。

假如我們的業(yè)務系統(tǒng)不復雜，可以在一個數(shù)據(jù)庫、一個服務內(nèi)對數(shù)據(jù)進行修改，完成轉賬，那么，我們可以利用數(shù)據(jù)庫事務，保證轉賬業(yè)務的正確完成。

分布式事務

銀行跨行轉賬業(yè)務是一個典型分布式事務場景，假設A需要跨行轉賬給B，那么就涉及兩個銀行的數(shù)據(jù)，無法通過一個數(shù)據(jù)庫的本地事務保證轉賬的ACID，只能夠通過分布式事務來解決。

分布式事務就是指事務的發(fā)起者、資源及資源管理器和事務協(xié)調者分別位于分布式系統(tǒng)的不同節(jié)點之上。在上述轉賬的業(yè)務中，用戶A-100操作和用戶B+100操作不是位于同一個節(jié)點上。本質上來說，分布式事務就是為了保證在分布式場景下，數(shù)據(jù)操作的正確執(zhí)行。

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

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

同樣的，分布式事務也部分遵循 ACID 規(guī)范：

• 原子性：嚴格遵循
• 一致性：事務完成后的一致性嚴格遵循；事務中的一致性可適當放寬
• 隔離性：并行事務間不可影響；事務中間結果可見性允許安全放寬
• 持久性：嚴格遵循

分布式事務的解決方案

由于分布式事務方案，無法做到完全的ACID的保證，沒有一種完美的方案，能夠解決掉所有業(yè)務問題。因此在實際應用中，會根據(jù)業(yè)務的不同特性，選擇最適合的分布式事務方案。

兩階段提交/XA

XA是由X/Open組織提出的分布式事務的規(guī)范，XA規(guī)范主要定義了(全局)事務管理器(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準備執(zhí)行事務并鎖住需要的資源。參與者ready時，向TM報告已準備就緒。
第二階段 (commit/rollback)：當事務管理者(TM)確認所有參與者(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)庫基本都支持XA事務，包括mysql、oracle、sqlserver、postgre

XA 事務由一個或多個資源管理器（RM）、一個事務管理器（TM）和一個應用程序（ApplicationProgram）組成。

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

把上面的轉賬作為例子，一個成功完成的XA事務時序圖如下：

如果有任何一個參與者prepare失敗，那么TM會通知所有完成prepare的參與者進行回滾。

XA事務的特點是：

• 簡單易理解，開發(fā)較容易
• 對資源進行了長時間的鎖定，并發(fā)度低

如果讀者想要進一步研究XA，go語言以及PHP、Python、Java、C#、Node等都可參考DTM

SAGA

Saga是這一篇數(shù)據(jù)庫論文sagas提到的一個方案。其核心思想是將長事務拆分為多個本地短事務，由Saga事務協(xié)調器協(xié)調，如果正常結束那就正常完成，如果某個步驟失敗，則根據(jù)相反順序一次調用補償操作。

把上面的轉賬作為例子，一個成功完成的SAGA事務時序圖如下：

Saga一旦到了Cancel階段，那么Cancel在業(yè)務邏輯上是不允許失敗了。如果因為網(wǎng)絡或者其他臨時故障，導致沒有返回成功，那么TM會不斷重試，直到Cancel返回成功。

Saga事務的特點：

• 并發(fā)度高，不用像XA事務那樣長期鎖定資源
• 需要定義正常操作以及補償操作，開發(fā)量比XA大
• 一致性較弱，對于轉賬，可能發(fā)生A用戶已扣款，最后轉賬又失敗的情況

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

SAGA適用的場景較多，長事務適用，對中間結果不敏感的業(yè)務場景適用

如果讀者想要進一步研究SAGA，可參考DTM，里面包括了SAGA成功、失敗回滾的例子，還包括各類網(wǎng)絡異常的處理。

TCC

關于 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個階段

• Try 階段：嘗試執(zhí)行，完成所有業(yè)務檢查（一致性）, 預留必須業(yè)務資源（準隔離性）
• Confirm 階段：確認執(zhí)行真正執(zhí)行業(yè)務，不作任何業(yè)務檢查，只使用 Try 階段預留的業(yè)務資源，Confirm 操作要求具備冪等設計，Confirm 失敗后需要進行重試。
• Cancel 階段：取消執(zhí)行，釋放 Try 階段預留的業(yè)務資源。Cancel 階段的異常和 Confirm 階段異常處理方案基本上一致，要求滿足冪等設計。

把上面的轉賬作為例子，通常會在Try里面凍結金額，但不扣款，Confirm里面扣款，Cancel里面解凍金額，一個成功完成的TCC事務時序圖如下：

TCC的Confirm/Cancel階段在業(yè)務邏輯上是不允許返回失敗的，如果因為網(wǎng)絡或者其他臨時故障，導致不能返回成功，TM會不斷的重試，直到Confirm/Cancel返回成功。

TCC特點如下：

• 并發(fā)度較高，無長期資源鎖定。
• 開發(fā)量較大，需要提供Try/Confirm/Cancel接口。
• 一致性較好，不會發(fā)生SAGA已扣款最后又轉賬失敗的情況
• TCC適用于訂單類業(yè)務，對中間狀態(tài)有約束的業(yè)務

如果讀者想要進一步研究TCC，可參考DTM

本地消息表

本地消息表這個方案最初是 ebay 架構師 Dan Pritchett 在 2008 年發(fā)表給 ACM 的文章。設計核心是將需要分布式處理的任務通過消息的方式來異步確保執(zhí)行。

大致流程如下：

寫本地消息和業(yè)務操作放在一個事務里，保證了業(yè)務和發(fā)消息的原子性，要么他們?nèi)汲晒Γ慈际　?/p>

容錯機制：

• 扣減余額事務 失敗時，事務直接回滾，無后續(xù)步驟
• 輪序生產(chǎn)消息失敗， 增加余額事務失敗都會進行重試

本地消息表的特點：

• 長事務僅需要分拆成多個任務，使用簡單
• 生產(chǎn)者需要額外的創(chuàng)建消息表
• 每個本地消息表都需要進行輪詢
• 消費者的邏輯如果無法通過重試成功，那么還需要