Spring Cloud Seata 分布式事务学习总结

分布式事务场景

跨库事务

跨库事务指的是，一个应用某个功能需要操作多个库，不同的库中存储不同的业务数据。

分库分表

通常一个库数据量比较大或者预期未来的数据量比较大，都会进行水平拆分，也就是分库分表。
对于分库分表的情况，一般开发人员都会使用一些数据库中间件来降低sql操作的复杂性。如，对于sql：insert into user(id,name) values (1,“张三”),(2,“李四”)。这条sql是操作单库的语法，单库情况下，可以保证事务的一致性。
但是由于现在进行了分库分表，开发人员希望将1号记录插入分库1，2号记录插入分库2。所以数据库中间件要将其改写为2条sql，分别插入两个不同的分库，此时要保证两个库要不都成功，要不都失败，因此基本上所有的数据库中间件都面临着分布式事务的问题。

服务化

微服务架构是目前一个比较一个比较火的概念。例如上面笔者提到的一个案例，某个应用同时操作了9个库，这样的应用业务逻辑必然非常复杂，对于开发人员是极大的挑战，应该拆分成不同的独立服务，以简化业务逻辑。拆分后，独立服务之间通过RPC框架来进行远程调用，实现彼此的通信。
Service A完成某个功能需要直接操作数据库，同时需要调用Service B和Service C，而Service B又同时操作了2个数据库，Service C也操作了一个库。需要保证这些跨服务的对多个数据库的操作要不都成功，要不都失败，实际上这可能是最典型的分布式事务场景。

X/Open DTP模型与XA规范

DTP模型

构成DTP模型的5个基本元素：

应用程序(Application Program ，简称AP)：用于定义事务边界，也就是通过应用程序来操作事物
资源管理器(Resource Manager，简称RM)：如数据库、文件系统等，用来存储数据。
事务管理器(Transaction Manager ，简称TM)：负责分配事务唯一标识，监控事务的执行进度，并负责事务的提交、回滚等。
通信资源管理器(Communication Resource Manager，简称CRM)：用来控制分布式应用之间的通信。
通信协议(Communication Protocol，简称CP)：提供 分布式应用节点之间的底层通信服务。

XA规范

在DTP模型本地实例中，只需要由AP、RMS和TM组成，不需要其他元素。AP、RM和TM之间，彼此都需要进行交互，如下图所示：
(1)表示AP-RM的交互接口
(2)表示AP-TM的交互接口
(3)表示RM-TM的交互接口

XA规范的最主要的作用是，就是定义了RM-TM的交互接口，XA规范除了定义的RM-TM交互的接口之外，还对两阶段提交协议进行了优化。
两阶段协议是在OSI TP标准中提出的；在DTP参考模型中，指定了全局事务的提交要使用two-phase commit协议；而XA规范只是定义了两阶段提交协议中需要使用到的接口，也就是上述提到的RM-TM交互的接口，因为两阶段提交过程中的参与方，只有TM和RMS。

两阶段提交协议(2PC)

两阶段提交协议（Two Phase Commit）从字面意思来理解，Two Phase Commit，就是将提交(commit)过程划分为2个阶段(Phase)：

阶段1
以mysql数据库为例，在第一阶段，事务管理器向所有涉及到的数据库服务器发出"准备提交"请求，数据库收到请求后执行数据修改和日志记录等处理，处理完成后只是把事务的状态改成"可以提交"，然后把结果返回给事务管理器。
阶段2
如果第一阶段中所有相关事物的数据库都准备完毕，那么事务管理器向数据库服务器发出"确认提交"请求，数据库服务器把事务的"可以提交"状态改为"提交完成"状态，然后返回应答。如果在第一阶段内有任何一个数据库的操作发生了错误，或者事务管理器收不到某个数据库的回应，则认为事务失败，回撤所有数据库的事务。数据库服务器收不到第二阶段的确认提交请求，也会把"可以提交"的事务回撤。
XA是资源层面的分布式事务，强一致性，在两阶段提交的整个过程中，一直会持有资源的锁。 TCC是业务层面的分布式事务，最终一致性，不会一直持有资源的锁。

两阶段提交协议存在的问题

同步阻塞问题
两阶段提交方案下全局事务的ACID特性，是依赖于参与者的。一个全局事务内部包含了多个独立的事务分支，这一组事务分支要不都成功，要不都失败。各个事务分支的ACID特性共同构成了全局事务的ACID特性。即使在本地事务中，如果对操作读很敏感，我们需要将事务隔离级别设置为SERIALIZABLE。
对于分布式事务来说，可重复读隔离级别不足以保证分布式事务一致性。如果我们使用mysql来支持XA分布式事务的话，最好将事务隔离级别设置为SERIALIZABLE，然而SERIALIZABLE(串行化)是四个事务隔离级别中最高的一个级别，也是执行效率最低的一个级别。
单点故障
由于协调者是至关重要的，一旦协调者发生故障，参与者会一直阻塞下去。尤其在第二阶段，协调者发生故障，那么所有的参与者还都处于锁定事务资源的状态中，而无法继续完成事务操作。（如果是协调者挂掉，可以重新选举一个协调者，但是无法解决因为协调者宕机导致的参与者处于阻塞状态的问题）
数据不一致
在二阶段中，当协调者向参与者发送commit请求之后，发生了局部网络异常或者在发送commit请求过程中协调者发生了故障，这会导致只有一部分参与者接受到了commit请求，而在这部分参与者接到commit请求之后就会执行commit操作，但是其他部分未接到commit请求的机器则无法执行事务提交。于是整个分布式系统便出现了数据不一致性的现象。

三阶段提交协议(Three-phase commit)

由于二阶段提交存在着诸如同步阻塞、单点问题等缺陷，所以，研究者们在二阶段提交的基础上做了改进，提出了三阶段提交。与两阶段提交不同的是，三阶段提交有两个改动点：

• 1、引入超时机制。同时在协调者和参与者中都引入超时机制。
• 2、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。

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，则反馈Yes，并进入预备状态。否则反馈No

PreCommit阶段

协调者根据参与者的响应反馈来决定是否可以进行PreCommit操作。有以下两种可能：

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链。

• 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。

假如有任何一个参与者向协调者发送了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。

doCommit阶段

该阶段进行真正的事务提交，也可以分为以下两种情况：
执行提交

• 1.发送提交请求： 协调者接收到参与者发送的ACK响应，那么他将从预提交状态进入到提交状态，并向所有参与者发送doCommit请求。
• 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。

执行中断
协调者没有接收到参与者发送的ACK响应（可能是接受者发送的不是ACK响应，也可能响应超时），那么就会执行中断事务。

• 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。

Seata 介绍

Seata 是一款开源的分布式事务解决方案，为用户提供了XA、AT、TCC、SAGA事务模式，AT模式是阿里首推的模式

Seata的三大角色

TC (Transaction Coordinator) - 事务协调者
维护全局和分支事务的状态，驱动全局事务提交或回滚。
TM (Transaction Manager) - 事务管理器
定义全局事务的范围：开始全局事务、提交或回滚全局事务。
RM (Resource Manager) - 资源管理器
管理分支事务处理的资源，与TC交谈以注册分支事务和报告分支事务的状态，并驱动分支事务提交或回滚。
其中，TC 为单独部署的 Server 服务端，TM 和 RM 为嵌入到应用中的 Client 客户端。

1.TM 请求 TC 开启一个全局事务。TC 会生成一个 XID 作为该全局事务的编号。XID会在微服务的调用链路中传播，将多个微服务的子事务关联在一起。
2.RM 请求 TC 将本地事务注册为全局事务的分支事务，通过全局事务的 XID 进行关联。
3.TM 请求 TC 告诉 XID 对应的全局事务是进行提交还是回滚。
4.TC 驱动 RM 们将 XID 对应的自己的本地事务进行提交还是回滚。

Seata的四种模式：

AT模式:

T 模式分为两个阶段：

• 一阶段：执行用户SQL

  • Seata 会拦截SQ，首先解析 SQL 语义，找到SQL要更新的数据，在数据被更新前，将其保存成前置快照，然后执行SQL更新数据，在数据更新之后，再将其保存成后置快照，最后生成行锁。以上操作全部在一个数据库事务内完成，这样保证了一阶段操作的原子性。

• 二阶段：Seata框架自动生成

  • 提交：因为SQL在一阶段已经提交至数据库， 所以 Seata 框架只需将一阶段保存的快照数据和行锁删掉，完成数据清理即可。

  • 回滚：需要回滚一阶段已经执行的SQL，使用前置快照恢复数据，但在还原前要首先要校验脏写，对比数据库当前数据和后置快照，如果两份数据完全一致就说明没有脏写，可以还原业务数据，如果不一致就说明有脏写，出现脏写就需要转人工处理。

AT 模式的一阶段、二阶段提交和回滚均由 Seata框架自动生成，用户只需编写SQL，便能轻松接入分布式事务，AT模式是一种对业务无任何侵入的分布式事务解决方案。

TCC模式:

TCC分为三个阶段：
Cancel:

• Try阶段：检查资源是否足够，足够则冻结资源，执行try方法
• Confirm阶段：
  • 执行成功：执行Confirm方法删除冻结资源。
  • 执行失败：执行Canel逻辑，恢复冻结资源。
• Cancel阶段：对业务处理进行取消，即回滚操作，该步骤回对 Try 冻结的资源进行释放。

TCC 是一种侵入式的分布式事务解决方案，以上三个操作都需要业务系统自行实现，对业务系统有着非常大的入侵性，设计相对复杂，但优点是 TCC 完全不依赖数据库，能够实现跨数据库、跨应用资源管理，对这些不同数据访问通过侵入式的编码方式实现一个原子操作，更好地解决了在各种复杂业务场景下的分布式事务问题。

XA模式:

实现了对XA协议的支持，XA模式属于两阶段提交。

• 第一阶段进行事务注册，将事务注册到TC中，执行SQL语句。
• 第二阶段TC判断无事务出错，通知所有事务提交，否则回滚。

在第一到第二阶段过程中，事务一直占有数据库锁，因此性能比较低，但是所有事务要么一起提交，要么一起回滚，所以能实现强一致性。

Sage模式:

Saga 模式是长事务解决方案，适用于业务流程长且需要保证事务最终一致性的业务系统，Saga 模式一阶段就会提交本地事务，无锁，长流程情况下可以保证性能，多用于渠道层、集成层业务系统。

四种模式对比：

AT：默认，弱一致性，无代码侵入，一阶段事务直接提交，失败则根据undolog日志回滚，隔离性引入全局锁，但并发几率低，所以性能会比XA好。
XA：强一致性，无代码侵入、但一阶段事务不提交、会锁住资源，导致性能低。需要依赖数据库的事务特性。
TCC：无需依赖关系型数据库，基于资源预留隔离。try、confirm、canel需要人工手写，而且需要考虑空悬挂、空回滚、幂等性判断，较为复杂、性能最好，但成本太高。
Seaga:适用于长事务类型，无太多应用场景。

TCC和AT区别：

AT 模式基于支持本地 ACID 事务 的 关系型数据库，TCC 模式不依赖于底层数据资源的事务支持。

Seata 使用

官方教程

Server端存储模式（store.mode）支持三种：

• file：单机模式，全局事务会话信息内存中读写并持久化本地文件root.data，性能较高
• db：高可用模式，全局事务会话信息通过db共享，相应性能差些
• redis：Seata-Server 1.3及以上版本支持,性能较高,存在事务信息丢失风险,请提前配置适合当前场景的redis持久化配置

Spring Cloud Alibaba整合Seata

启动Seata Server并指定nacos作为配置中心和注册中心

1、修改registry.conf文件：


客户端配置registry.conf使用nacos时也要注意group要和seata server中的group一致，默认group是"DEFAULT_GROUP"

2、同步seata server的配置到nacos:

配置事务分组， 要与客户端配置的事务分组一致：
客户端properties配置：spring.cloud.alibaba.seata.tx‐service‐group=my_test_tx_group

配置参数同步到Nacos：
shell：

sh ${SEATAPATH}/script/config-center/nacos/nacos-config.sh -h localhost -p 8848 -g SEATA_GROUP -t 5a3c7d6c-f497-4d68-a71a-2e5e3340b3ca

-h: host，默认值 localhost
-p: port，默认值 8848
-g: 配置分组，默认值为 'SEATA_GROUP'
-t: 租户信息，对应 Nacos 的命名空间ID字段, 默认值为空 ''

3、启动Seata Server

bin/seata-server.sh

启动成功，默认端口8091

在注册中心中可以查看到seata-server注册成功

整合Spring Cloud

业务场景：

用户下单，整个业务逻辑由三个微服务构成：
仓储服务：对给定的商品扣除库存数量。
订单服务：根据采购需求创建订单。
帐户服务：从用户帐户中扣除余额。


1、依赖包：

<spring-cloud.version>Greenwich.SR3</spring-cloud.version>
<spring-cloud-alibaba.version>2.1.1.RELEASE</spring-cloud-alibaba.version>

注意版本选择问题：
spring cloud alibaba 2.1.2 及其以上版本使用seata1.4.0会出现如下异常 （支持seata 1.3.0）

<!-- seata-->
<dependency>
    <groupId>com.alibaba.cloud</groupId>
    <artifactId>spring-cloud-starter-alibaba-seata</artifactId>
    <exclusions>
        <exclusion>
            <groupId>io.seata</groupId>
            <artifactId>seata-all</artifactId>
        </exclusion>
    </exclusions>
</dependency>
<dependency>
    <groupId>io.seata</groupId>
    <artifactId>seata-all</artifactId>
    <version>1.4.0</version>
</dependency>

<!--nacos 注册中心-->
<dependency>
    <groupId>com.alibaba.cloud</groupId>
    <artifactId>spring-cloud-starter-alibaba-nacos-discovery</artifactId>
</dependency>

<dependency>
    <groupId>org.springframework.cloud</groupId>
    <artifactId>spring-cloud-starter-openfeign</artifactId>
</dependency>

<dependency>
    <groupId>com.alibaba</groupId>
    <artifactId>druid-spring-boot-starter</artifactId>
    <version>1.1.21</version>
</dependency>

<dependency>
    <groupId>mysql</groupId>
    <artifactId>mysql-connector-java</artifactId>
    <scope>runtime</scope>
    <version>8.0.16</version>
</dependency>

<dependency>
    <groupId>org.mybatis.spring.boot</groupId>
    <artifactId>mybatis-spring-boot-starter</artifactId>
    <version>2.1.1</version>
</dependency>

2、对应数据库中添加undo_log表：

CREATE TABLE `undo_log` (
  `id` bigint(20) NOT NULL AUTO_INCREMENT,
  `branch_id` bigint(20) NOT NULL,
  `xid` varchar(100) NOT NULL,
  `context` varchar(128) NOT NULL,
  `rollback_info` longblob NOT NULL,
  `log_status` int(11) NOT NULL,
  `log_created` datetime NOT NULL,
  `log_modified` datetime NOT NULL,
  PRIMARY KEY (`id`),
  UNIQUE KEY `ux_undo_log` (`xid`,`branch_id`)
) ENGINE=InnoDB AUTO_INCREMENT=1 DEFAULT CHARSET=utf8;

3、使用seata DataSourceProxy代理自己的数据源：

/**
 * 需要用到分布式事务的微服务都需要使用seata DataSourceProxy代理自己的数据源
 */
@Configuration
@MapperScan("com.tuling.datasource.mapper")
public class MybatisConfig {
    
    /**
     * 从配置文件获取属性构造datasource，注意前缀，这里用的是druid，根据自己情况配置,
     * 原生datasource前缀取"spring.datasource"
     *
     * @return
     */
    @Bean
    @ConfigurationProperties(prefix = "spring.datasource")
    public DataSource druidDataSource() {
        DruidDataSource druidDataSource = new DruidDataSource();
        return druidDataSource;
    }
    
    /**
     * 构造datasource代理对象，替换原来的datasource
     * @param druidDataSource
     * @return
     */
    @Primary
    @Bean("dataSource")
    public DataSourceProxy dataSourceProxy(DataSource druidDataSource) {
        return new DataSourceProxy(druidDataSource);
    }
    
    
    @Bean(name = "sqlSessionFactory")
    public SqlSessionFactory sqlSessionFactoryBean(DataSourceProxy dataSourceProxy) throws Exception {
        SqlSessionFactoryBean factoryBean = new SqlSessionFactoryBean();
        //设置代理数据源
        factoryBean.setDataSource(dataSourceProxy);
        ResourcePatternResolver resolver = new PathMatchingResourcePatternResolver();
        factoryBean.setMapperLocations(resolver.getResources("classpath*:mybatis/**/*-mapper.xml"));
        
        org.apache.ibatis.session.Configuration configuration=new org.apache.ibatis.session.Configuration();
        //使用jdbc的getGeneratedKeys获取数据库自增主键值
        configuration.setUseGeneratedKeys(true);
        //使用列别名替换列名
        configuration.setUseColumnLabel(true);
        //自动使用驼峰命名属性映射字段，如userId ---> user_id
        configuration.setMapUnderscoreToCamelCase(true);
        factoryBean.setConfiguration(configuration);
        
        return factoryBean.getObject();
    }
    
}

4、启动类排除DataSourceAutoConfiguration.class：

@SpringBootApplication(scanBasePackages = "com.tuling",exclude = DataSourceAutoConfiguration.class)
public class AccountServiceApplication {

    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(AccountServiceApplication.class, args);
    }

}

如不排除会出现循环依赖的问题：

5、添加seata的配置：
spring cloud alibaba 2.1.4 之后支持yml中配置seata属性，可以用来替换registry.conf文件
配置支持实现在seata-spring-boot-starter.jar中，也可以引入依赖

<dependency>
    <groupId>io.seata</groupId>
    <artifactId>seata-spring-boot-starter</artifactId>
    <version>1.4.0</version>
</dependency>

在yml中配置：

seata:
  # seata 服务分组，要与服务端nacos-config.txt中service.vgroup_mapping的后缀对应
  tx-service-group: my_test_tx_group
  registry:
    # 指定nacos作为注册中心
    type: nacos
    nacos:
      server-addr: 127.0.0.1:8848
      namespace: ""
      group: SEATA_GROUP  
    
  config:
    # 指定nacos作为配置中心
    type: nacos
    nacos:
      server-addr: 127.0.0.1:8848
      namespace: "54433b62-df64-40f1-9527-c907219fc17f"
      group: SEATA_GROUP

6、在事务发起者中添加@GlobalTransactional注解：

@Override
@GlobalTransactional(name="createOrder")
public Order saveOrder(OrderVo orderVo){
    log.info("=============用户下单=================");
    log.info("当前 XID: {}", RootContext.getXID());
    
    // 保存订单
    Order order = new Order();
    order.setUserId(orderVo.getUserId());
    order.setCommodityCode(orderVo.getCommodityCode());
    order.setCount(orderVo.getCount());
    order.setMoney(orderVo.getMoney());
    order.setStatus(OrderStatus.INIT.getValue());

    Integer saveOrderRecord = orderMapper.insert(order);
    log.info("保存订单{}", saveOrderRecord > 0 ? "成功" : "失败");
    
    //扣减库存
    storageFeignService.deduct(orderVo.getCommodityCode(),orderVo.getCount());
    
    //扣减余额
    accountFeignService.debit(orderVo.getUserId(),orderVo.getMoney());

    //更新订单
    Integer updateOrderRecord = orderMapper.updateOrderStatus(order.getId(),OrderStatus.SUCCESS.getValue());
    log.info("更新订单id:{} {}", order.getId(), updateOrderRecord > 0 ? "成功" : "失败");
    
    return order;
    
}