微服务系列文章之 seata 事务模式

XA模式

XA 规范 是 X/Open 组织定义的分布式事务处理（DTP，Distributed Transaction Processing）标准。

XA 规范 描述了全局的TM与局部的RM之间的接口，几乎所有主流的数据库都对 XA 规范 提供了支持。

两阶段提交

XA是规范，目前主流数据库都实现了这种规范，实现的原理都是基于两阶段提交。

正常情况：

异常情况：

一阶段：

• 事务协调者通知每个事物参与者（分支事务）执行本地事务
• 本地事务执行完成后报告事务执行状态给事务协调者，此时事务不提交，继续持有数据库锁（行锁）

二阶段：

• 事务协调者基于一阶段的报告来判断下一步操作
  • 如果一阶段都成功，则通知所有事务参与者，提交事务
  • 如果一阶段任意一个参与者失败，则通知所有事务参与者回滚事务

Seata的XA模型

Seata对原始的XA模式做了简单的封装和改造，以适应自己的事务模型，基本架构如图：

RM一阶段的工作：

​ ① 注册分支事务到TC

​ ② 执行分支业务sql但不提交

​ ③ 报告执行状态到TC

TC二阶段的工作：

• TC检测各分支事务执行状态

  a.如果都成功，通知所有RM提交事务

  b.如果有失败，通知所有RM回滚事务

RM二阶段的工作：

• 接收TC指令，提交或回滚事务

优缺点

XA模式的优点是什么？

• 事务的强一致性，满足ACID原则。
• 常用（关系型）数据库都支持，实现简单，并且没有代码侵入

XA模式的缺点是什么？

• 因为一阶段需要锁定数据库资源（行锁），等待二阶段结束才释放，性能较差
• 依赖关系型数据库实现事务（redis不支持）

实现XA模式

Seata的starter已经完成了XA模式的自动装配，实现非常简单，步骤如下：

1）修改application.yml文件（每个参与事务的微服务），开启XA模式：

seata:
  data-source-proxy-mode: XA

2）给发起全局事务的入口方法添加@GlobalTransactional注解:

3）重启服务并测试

重启order-service，再次测试，发现无论怎样，三个微服务都能成功回滚。

AT模式

AT模式同样是分阶段提交的事务模型，不过缺弥补了XA模型中资源锁定周期过长的缺陷。

Seata的AT模型

阶段一RM的工作：

• 注册分支事务
• 记录undo-log（数据快照）
• 执行业务sql并提交（不存在行锁）
• 报告事务状态

阶段二提交（成功）时RM的工作：

• 删除undo-log即可

阶段二回滚（失败）时RM的工作：

• 根据undo-log恢复数据到更新前

流程梳理

例如，一个分支业务的SQL是这样的：update tb_account set money = money - 10 where id = 1

AT与XA的区别

简述AT模式与XA模式最大的区别是什么？

• XA模式一阶段不提交事务，锁定资源；AT模式一阶段直接提交，不锁定资源。
• XA模式依赖数据库机制实现回滚；AT模式利用数据快照实现数据回滚。
• XA模式强一致；AT模式最终一致

脏写问题

在多线程并发访问AT模式的分布式事务时，有可能出现脏写问题，如图：

解决思路就是引入了Seata全局锁的概念。在释放DB锁之前，先拿到全局锁。避免同一时刻有另外一个事务来操作当前数据。

优缺点

AT模式的优点：

• 一阶段完成直接提交事务，释放数据库资源，性能比较好
• 利用全局锁实现读写隔离
• 没有代码侵入，框架自动完成回滚和提交

AT模式的缺点：

• 两阶段之间属于软状态，属于最终一致
• 框架的快照功能会影响性能，但比XA模式要好很多

实现AT模式

AT模式中的快照生成、回滚等动作都是由框架自动完成，没有任何代码侵入，因此实现非常简单。

只不过，AT模式需要一个表来记录全局锁、另一张表来记录数据快照undo_log。

导入数据库表

seata-tc-server内部记录全局锁，每个微服务中需要存undo_log

修改application.yml文件

将事务模式修改为AT模式即可：

seata:
  data-source-proxy-mode: AT # 默认就是AT

重启服务并测试

TCC模式

TCC模式与AT模式非常相似，每阶段都是独立事务，不同的是TCC通过人工编码来实现数据恢复。需要实现三个方法：

• Try：资源的检测和预留；
• Confirm：完成资源操作业务；要求 Try 成功 Confirm 一定要能成功。
• Cancel：预留资源释放，可以理解为try的反向操作。

TCC模式原理

举例，一个扣减用户余额的业务。假设账户A原来余额是100，需要余额扣减30元。

阶段一（ Try ）：检查余额是否充足，如果充足则冻结金额增加30元，可用余额扣除30

阶段二（Confirm)：假如要提交（Confirm），则冻结金额扣减30

• 确认可以提交，不过之前可用金额已经扣减过了，这里只要清除冻结金额就好了：

阶段二(Canncel)：如果要回滚（Cancel），则冻结金额扣减30，可用余额增加30

• 需要回滚，那么就要释放冻结金额，恢复可用金额：

Seata的TCC模型

Seata中的TCC模型依然延续之前的事务架构，如图：

优缺点

TCC模式的每个阶段是做什么的？

• Try：资源检查和预留
• Confirm：业务执行和提交
• Cancel：预留资源的释放

TCC的优点是什么？

• 一阶段完成直接提交事务，释放数据库资源，性能好
• 相比AT模型，无需生成快照，无需使用全局锁，性能最强
• 不依赖数据库事务，而是依赖补偿操作，可以用于非事务型数据库（redis）

TCC的缺点是什么？

• 有代码侵入，需要人为编写try、Confirm和Cancel接口，太麻烦
• 软状态，事务是最终一致
• 需要考虑Confirm和Cancel的失败情况，做好幂等处理（发一次请求执行结果，跟发10请求执行结果要求一致）

业务悬挂和空回滚

空回滚

当某分支事务的try阶段阻塞时，可能导致全局事务超时而触发二阶段的cancel操作。

在未执行try操作时先执行了cancel操作，这时cancel不能做回滚，就是空回滚。

执行cancel操作时，应当判断try是否已经执行，如果尚未执行，则应该空回滚。

业务悬挂

对于已经空回滚的业务，之前被阻塞的try操作恢复，继续执行try，就永远不可能confirm或cancel ，事务一直处于中间状态，这就是业务悬挂。

执行try操作时，应当判断cancel是否已经执行过了，如果已经执行，应当阻止空回滚后的try操作，避免悬挂

实现TCC模式

业务分析

为了实现空回滚、防止业务悬挂，以及幂等性要求。我们必须在数据库记录冻结金额的同时，记录当前事务id和执行状态，为此我们设计了一张表：

准备TCC环境

1）创建表

CREATE TABLE `tb_account_freeze`  (
  `xid` varchar(128) CHARACTER SET utf8 COLLATE utf8_general_ci NOT NULL,
  `user_id` int(11) NOT NULL,
  `freeze_money` int(11) UNSIGNED NULL DEFAULT 0,
  `state` int(1) NULL DEFAULT NULL COMMENT '事务状态，0:try，1:confirm，2:cancel',  
  PRIMARY KEY (`xid`) USING BTREE
);

2）创建实体

@Data
@TableName("tb_account_freeze")
public class AccountFreeze {
    @TableId(type = IdType.INPUT)
    private String xid;
    private Integer userId;
    private Integer freezeMoney;
    private Integer state;

    public static abstract class State {
        public final static int TRY = 0;
        public final static int CONFIRM = 1;
        public final static int CANCEL = 2;
    }
}

3）AccountFreezeMapper

public interface AccountFreezeMapper extends BaseMapper<AccountFreeze> {
}

声明TCC接口

@LocalTCC
public interface AccountTCCService {

    /**
     *  一阶段：try 预留
     *  @TwoPhaseBusinessAction 定义 try confirm cancel 方法名
     */
    @TwoPhaseBusinessAction(name = "deduct", commitMethod = "confirm", rollbackMethod = "cancel")
    void deduct(@BusinessActionContextParameter(paramName = "userId") Integer userId,
                @BusinessActionContextParameter(paramName = "money") Integer money);

    /**
     *  二阶段：confirm 提交
     * @param ctx 可以获得 @BusinessActionContextParameter参数和xid
     * 
     */
    Boolean confirm(BusinessActionContext ctx);

    /**
     * 二阶段：cancel 回滚
     * @param ctx 可以获得 @BusinessActionContextParameter参数和xid
     *  
     */
    Boolean cancel(BusinessActionContext ctx);
}

实现TCC接口

package com.heima.account.service.impl;

import com.heima.account.entity.AccountFreeze;
import com.heima.account.mapper.AccountFreezeMapper;
import com.heima.account.mapper.AccountMapper;
import com.heima.account.service.AccountTCCService;
import com.sun.org.apache.regexp.internal.RE;
import io.seata.core.context.RootContext;
import io.seata.rm.tcc.api.BusinessActionContext;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.stereotype.Service;
import org.springframework.transaction.annotation.Transactional;

@Service
public class AccountTCCServiceImpl implements AccountTCCService {

    @Autowired
    private AccountMapper accountMapper;

    @Autowired
    private AccountFreezeMapper freezeMapper;

    @Override
    public void deduct(Integer userId, Integer money) {
        // 0.获取事务id
        String xid = RootContext.getXID();
        // 解决业务悬挂
        AccountFreeze oldFreeze = freezeMapper.selectById(xid);
        if (oldFreeze != null) {
            return;
        }
        // 1.扣除可用余额
        accountMapper.deduct(userId, money);
        // 2.记录冻结金额，事务状态
        AccountFreeze freeze = new AccountFreeze();
        freeze.setXid(xid);
        freeze.setUserId(userId);
        freeze.setFreezeMoney(money);
        freeze.setState(AccountFreeze.State.TRY);
        freezeMapper.insert(freeze);

    }

    @Override
    public boolean confirm(BusinessActionContext ctx) {
        // 1.获取xid
        String xid = ctx.getXid();
        // 2.删除冻结记录
        int count = freezeMapper.deleteById(xid);
        return count == 1;
    }

    @Override
    @Transactional
    public boolean cancel(BusinessActionContext ctx) {
        // 1.查询冻结记录
        String xid = ctx.getXid();
        AccountFreeze freeze = freezeMapper.selectById(xid);

        // 解决空回滚
        if (freeze == null) {
            int userId = Integer.parseInt(ctx.getActionContext("userId").toString());
            freeze = new AccountFreeze();
            freeze.setXid(xid);
            freeze.setUserId(userId);
            freeze.setFreezeMoney(0);
            freeze.setState(AccountFreeze.State.CANCEL);
            freezeMapper.insert(freeze);
            return true;
        }

        // 解决幂等性
        if (freeze.getState() == AccountFreeze.State.CANCEL) {
            return true;
        }

        // 2.恢复账户金额
        accountMapper.refund(freeze.getUserId(), freeze.getFreezeMoney());
        // 3.更新冻结记录
        freeze.setFreezeMoney(0);
        freeze.setState(AccountFreeze.State.CANCEL);
        int count = freezeMapper.updateById(freeze);
        return count == 1;
    }
}

修改Controller

重启测试

SAGA模式（了解）

Saga模式是SEATA提供的长事务解决方案。也分为两个阶段：

• 一阶段：直接提交本地事务
• 二阶段：成功则什么都不做；失败则通过编写补偿业务来回滚

Saga模式优点：

• 事务参与者可以基于事件驱动实现异步调用，吞吐高
• 一阶段直接提交事务，无锁，性能好
• 不用编写TCC中的三个阶段，实现简单

缺点：

• 软状态持续时间不确定，时效性差
• 没有锁，没有事务隔离，会有脏写

四种模式对比