分布式事务系列03--分布式事务协议--2PC,3PC

https://blog.youkuaiyun.com/u010425776/article/details/79516298

【原创性说明：文字是转载(改了点错别字)，两个图是原创。图是根据对文字的理解画的，个人理解，不保证100% 准确】

目录

一、两阶段提交协议 2PC（Two-phase Commit）

1. 第一阶段（投票阶段）：

2. 第二阶段（提交执行阶段）：【两种情况】

二、三阶段提交协议 3PC（Three-phase commit）

1. CanCommit阶段

2. PreCommit阶段 【两种情况】

3. doCommit阶段  【两种情况】

【小结】

---

一、两阶段提交协议 2PC（Two-phase Commit）

分布式系统的一个难点是如何保证架构下多个节点在进行事务性操作的时候保持一致性。为实现这个目的，二阶段提交算法的成立基于以下假设：

• 该分布式系统中，存在一个节点作为 协调者(Coordinator)，其他节点作为 参与者(Cohorts)。且节点之间可以进行网络通信。
• 所有节点都采用预写式日志，且日志被写入后即被保持在可靠的存储设备上，即使节点损坏不会导致日志数据的消失。
• 所有节点不会永久性损坏，即使损坏后仍然可以恢复。

                                                                  2PC 示意图

1. 第一阶段（投票阶段）：

（1）协调者节点向所有参与者节点询问是否可以执行提交操作(vote)，并开始等待各参与者节点的响应。
（2）参与者节点执行询问发起为止的所有事务操作，并将Undo信息和Redo信息写入日志。（注意：若成功这里其实每个参与者已经执行了事务操作）
（3）各参与者节点响应协调者。如果参与者节点的事务操作实际执行成功，则它返回一个”同意”消息；如果参与者节点的事务操作实际执行失败，则它返回一个”中止”消息。

2. 第二阶段（提交执行阶段）：【两种情况】

情况01：当协调者节点从所有参与者节点获得的相应消息都为”同意”时：

（1）协调者节点向所有参与者节点发出”正式提交(commit)”的请求。
（2）参与者节点正式完成操作，并释放在整个事务期间内占用的资源。
（3）参与者节点向协调者节点发送”完成”消息。
（4）协调者节点受到所有参与者节点反馈的”完成”消息后，完成事务。

情况02：如果任一参与者节点在第一阶段返回的响应消息为”中止”，或者 协调者节点在第一阶段的询问超时之前无法获取所有参与者节点的响应消息时：

（1）协调者节点向所有参与者节点发出”回滚操作(rollback)”的请求。
（2）参与者节点利用之前写入的Undo信息执行回滚，并释放在整个事务期间内占用的资源。
（3）参与者节点向协调者节点发送”回滚完成”消息。
（4）协调者节点受到所有参与者节点反馈的”回滚完成”消息后，取消事务。

不管最后结果如何，第二阶段都会结束当前事务。

缺点

二阶段提交看起来确实能够提供原子性的操作，但是不幸的事，二阶段提交还是有几个**缺点**的：

（1）执行过程中，所有参与节点都是事务阻塞型的。当参与者占有公共资源时，其他第三方节点访问公共资源不得不处于阻塞状态。
（2）参与者发生故障。协调者需要给每个参与者额外指定超时机制，超时后整个事务失败。（没有多少容错机制）
（3）协调者发生故障。参与者会一直阻塞下去。需要额外的备机进行容错。（这个可以依赖后面要讲的Paxos协议实现HA）
（4）二阶段无法解决的问题：协调者再发出commit消息之后宕机，而唯一接收到这条消息的参与者同时也宕机了。那么即使协调者通过选举协议产生了新的协调者，这条事务的状态也是不确定的，没人知道事务是否被已经提交。

 

==============分割线================

为此，Dale Skeen和Michael Stonebraker在“A Formal Model of Crash Recovery in a Distributed System”中提出了三阶段提交协议（3PC）。

二、三阶段提交协议 3PC（Three-phase commit）

与两阶段提交不同的是，三阶段提交有两个改动点。

• 引入超时机制。同时在协调者和参与者中都引入超时机制。
• 在第一阶段和第二阶段中插入一个准备阶段。保证了在最后提交阶段之前各参与节点的状态是一致的。

也就是说，除了引入超时机制之外，3PC把2PC的准备阶段再次一分为二，这样三阶段提交就有CanCommit、PreCommit、DoCommit三个阶段。

                                                          3PC示意图

1. CanCommit阶段

3PC的CanCommit阶段其实和2PC的准备阶段很像。协调者向参与者发送commit请求，参与者如果可以提交就返回Yes响应，否则返回No响应。

（1）事务询问 ：协调者向参与者发送CanCommit请求。询问是否可以执行事务提交操作。然后开始等待参与者的响应。
（2）响应反馈 ：参与者接到CanCommit请求之后，正常情况下，如果其自身认为可以顺利执行事务，则返回Yes响应，并进入预备状态。否则反馈No

2. PreCommit阶段 【两种情况】

协调者根据参与者的反应情况来决定是否可以继续事务的PreCommit操作。根据响应情况，有以下两种情况。 

情况01：假如协调者从所有的参与者获得的反馈都是Yes响应，那么就会执行事务的**预执行**。

（1）发送预提交请求 ：协调者向参与者发送PreCommit请求，并进入Prepared阶段。
（2）事务预提交 ：参与者接收到PreCommit请求后，会执行事务操作，并将undo和redo信息记录到事务日志中。
（3）响应反馈 ：如果参与者成功的执行了事务操作，则返回ACK响应，同时开始等待最终指令。

情况02：假如有任何一个参与者在第一阶段向协调者发送了No响应，或者等待超时之后，协调者都没有接到参与者的响应，那么就执行事务的**中断**。

（1）发送中断请求 ：协调者向所有参与者发送abort请求。
（2）中断事务 ：参与者收到来自协调者的abort请求之后（或超时之后，仍未收到协调者的请求），执行事务的中断。

3. doCommit阶段  【两种情况】

该阶段进行真正的事务提交【以PreCommit阶段--情况01为起点】，也可以分为以下两种情况。

情况01：协调者收到所有参与者的ACK响应，**执行提交**。

（1）发送提交请求 ：协调者向所有参与者发送doCommit请求，并从预提交状态进入到提交状态。
（2）事务提交 ：参与者接收到doCommit请求之后，执行正式的事务提交。并在完成事务提交之后释放所有事务资源。
（3）响应反馈 ：事务提交完之后，向协调者发送Ack响应。
（4）完成事务 ：协调者接收到所有参与者的ack响应之后，完成事务。

情况02：协调者没有接收到参与者发送的ACK响应（可能参与者发送的不是ACK响应，也可能响应超时），**中断事务**。

（1）发送中断请求 ：协调者向所有参与者发送abort请求。
（2）事务回滚 ：参与者接收到abort请求之后，利用其在阶段二记录的undo信息来执行事务的回滚操作，并在完成回滚之后释放所有的事务资源。
（3）反馈结果 ：参与者完成事务回滚之后，向协调者发送ACK消息。
（4）中断事务 ：协调者接收到参与者反馈的ACK消息之后，执行事务的中断。

 

==============分割线================

【小结】

1、执行事务    是在“投票阶段”（2PC）和“PreCommit”阶段（3PC），而不是在“事务提交”阶段；

2、事务完成/事务回滚   是在“事务提交”阶段，完成之后释放资源，并返回给协调者信息；

3、除了第一阶段，之后的阶段，都根据上一阶段的结果，分为两种情况。