分布式数据库事务

事务的ACID特性

 

原子性（A）

所谓的原子性就是说，在整个事务中的所有操作，要么全部完成，要么全部不做，没有中间状态。对于事务在执行中发生错误，所有的操作都会被回滚，整个事务就像从没被执行过一样。

一个事务包含多个操作，这些操作要么全部执行，要么全都不执行。实现事务的原子性，要支持回滚操作，在某个操作失败后，回滚到事务执行之前的状态。

回滚实际上是一个比较高层抽象的概念，大多数DB在实现事务时，是在事务操作的数据快照上进行的（比如，MVCC），并不修改实际的数据，如果有错并不会提交，所以很自然的支持回滚。而在其他支持简单事务的系统中，不会在快照上更新，而直接操作实际数据。可以先预演一边所有要执行的操作，如果失败则这些操作不会被执行，通过这种方式很简单的实现了原子性。

 

一致性（C）

事务的执行必须保证系统的一致性，就拿转账为例，A有500元，B有300元，如果在一个事务里A成功转给B50元，那么不管并发多少，不管发生什么，只要事务执行成功了，那么最后A账户一定是450元，B账户一定是350元。

一致性是指事务使得系统从一个一致的状态转换到另一个一致状态。事务的一致性决定了一个系统设计和实现的复杂度。事务可以不同程度的一致性：

强一致性：读操作可以立即读到提交的更新操作。

弱一致性：提交的更新操作，不一定立即会被读操作读到，此种情况会存在一个不一致窗口，指的是读操作可以读到最新值的一段时间。

最终一致性：是弱一致性的特例。事务更新一份数据，最终一致性保证在没有其他事务更新同样的值的话，最终所有的事务都会读到之前事务更新的最新值。如果没有错误发生，不一致窗口的大小依赖于：通信延迟，系统负载等。

其他一致性变体还有：

单调一致性：如果一个进程已经读到一个值，那么后续不会读到更早的值。

会话一致性：保证客户端和服务器交互的会话过程中，读操作可以读到更新操作后的最新值。

 

隔离性（I）

所谓的隔离性就是说，事务与事务之间不会互相影响，一个事务的中间状态不会被其他事务感知。

并发事务之间互相影响的程度，比如一个事务会不会读取到另一个未提交的事务修改的数据。在事务并发操作时，可能出现的问题有：

脏读：事务A修改了一个数据，但未提交，事务B读到了事务A未提交的更新结果，如果事务A提交失败，事务B读到的就是脏数据。

不可重复读：在同一个事务中，对于同一份数据读取到的结果不一致。比如，事务B在事务A提交前读到的结果，和提交后读到的结果可能不同。不可重复读出现的原因就是事务并发修改记录，要避免这种情况，最简单的方法就是对要修改的记录加锁，这回导致锁竞争加剧，影响性能。另一种方法是通过

另一种方法是通过MVCC可以在无锁的情况下，避免不可重复读。
幻读：在同一个事务中，同一个查询多次返回的结果不一致。事务A新增了一条记录，事务B在事务A提交前后各执行了一次查询操作，发现后一次比前一次多了一条记录。幻读是由于并发事务增加记录导致的，这个不能像不可重复读通过记录加锁解决，因为对于新增的记录根本无法加锁。需要将事务串行化，才能避免幻读。

事务的隔离级别从低到高有：

ReadUncommitted：最低的隔离级别，什么都不需要做，一个事务可以读到另一个事务未提交的结果。所有的并发事务问题都会发生。

ReadCommitted：只有在事务提交后，其更新结果才会被其他事务看见。可以解决脏读问题。

RepeatedRead：在一个事务中，对于同一份数据的读取结果总是相同的，无论是否有其他事务对这份数据进行操作，以及这个事务是否提交。可以解决脏读、不可重复读。

Serialization：事务串行化执行，隔离级别最高，牺牲了系统的并发性。可以解决并发事务的所有问题。

通常，在工程实践中，为了性能的考虑会对隔离性进行折中。

 

持久性（D）

所谓的持久性，就是说一单事务完成了，那么事务对数据所做的变更就完全保存在了数据库中，即使发生停电，系统宕机也是如此。

 

参考 http://blog.csdn.net/chosen0ne/article/details/10036775

 

分布式全局事务模型 DTP

X/Open DTP 定义了三个组件： AP，TM，RM

AP(Application Program)：也就是应用程序，可以理解为使用DTP的程序

RM(Resource Manager)：资源管理器，这里可以理解为一个DBMS系统，或者消息服务器管理系统，应用程序通过资源管理器对资源进行控制。资源必须实现XA定义的接口

TM(Transaction Manager)：事务管理器，负责协调和管理事务，提供给AP应用程序编程接口以及管理资源管理器

其中，AP 可以和TM 以及 RM 通信，TM 和 RM 互相之间可以通信，DTP模型里面定义了XA接口，TM 和 RM 通过XA接口进行双向通信，例如:TM通知RM提交事务或者回滚事务，RM把提交结果通知给TM。AP和RM之间则通过RM提供的Native API 进行资源控制，这个没有进行约API和规范，各个厂商自己实现自己的资源控制，比如Oracle自己的数据库驱动程序。

跨数据库事务：2PC (two-phase commit)， 2PC is the anti-scalability pattern (Pat Helland) 是反可伸缩模式的，JavaEE中的JTA事务可以支持2PC。因为2PC是反模式，尽量不要使用2PC，使用BASE来回避。

一直以来，MySQL数据库是支持分布式事务的，但是只能说是有限的支持，具体表现在：

已经prepare的事务，在客户端退出或者服务宕机的时候，2PC的事务会被回滚

在服务器故障重启提交后，相应的Binlog被丢失

 

上述问题存在于MySQL数据库长达数十年的时间，直到MySQL-5.7.7版本，官方才修复了该问题。 虽然InnoSQL早已在5.5版本修复，但是对比官方的修复方案，我们真的做的没有那么的优雅 。下面将会详细介绍下该问题的具体表现和官方修复方法，这里分别采用官方MySQL-5.6.27版本(未修复)和MySQL-5.7.9版本(已修复)进行验证。

 

具体参考下面链接

http://www.cnblogs.com/aigongsi/archive/2012/10/11/2718313.html

 

分布式系统的BASE理论

eBay的架构师Dan Pritchett源于对大规模分布式系统的实践总结，在ACM上发表文章提出BASE理论，BASE理论是对CAP理论的延伸，核心思想是即使无法做到强一致性（Strong Consistency，CAP的一致性就是强一致性），但应用可以采用适合的方式达到最终一致性（Eventual Consitency）。

BASE是指基本可用（Basically Available）、软状态（ Soft State）、最终一致性（ Eventual Consistency）。

BASE是指基本可用（Basically Available）

基本可用是指分布式系统在出现故障的时候，允许损失部分可用性，即保证核心可用。

电商大促时，为了应对访问量激增，部分用户可能会被引导到降级页面，服务层也可能只提供降级服务。这就是损失部分可用性的体现。

软状态（ Soft State）

软状态是指允许系统存在中间状态，而该中间状态不会影响系统整体可用性。分布式存储中一般一份数据至少会有三个副本，允许不同节点间副本同步的延时就是软状态的体现。mysql replication的异步复制也是一种体现。

最终一致性（ Eventual Consistency）

最终一致性是指系统中的所有数据副本经过一定时间后，最终能够达到一致的状态。弱一致性和强一致性相反，最终一致性是弱一致性的一种特殊情况。

 

分布式系统的CAP理论

参考

http://blog.csdn.net/chen77716/article/details/30635543

 

 

柔性事务：

1.TCC（两阶段）使用场景：转账。

2.最大努力通知 使用场景：对最终一致性时间不敏感，向调用发发送信息可丢失（可多次发送），提供调用方查询的借口。常用语系统间的调用。

3.补偿操作 使用场景：用积分和余额同时支付，先扣除积分但余额扣除失败时再把积分加回来。

4.基于可靠消息的最新一直性

 

基于消息的最终一致性

 

所谓的消息事务就是基于消息中间件的两阶段提交，本质上是对消息中间件的一种特殊利用，它是将本地事务和发消息放在了一个分布式事务里，保证要么本地操作成功成功并且对外发消息成功，要么两者都失败，开源的RocketMQ就支持这一特性，具体原理如下：

 1、A系统向消息中间件发送一条预备消息

2、消息中间件保存预备消息并返回成功
3、A执行本地事务
4、A发送提交消息给消息中间件

通过以上4步完成了一个消息事务。对于以上的4个步骤，每个步骤都可能产生错误，下面一一分析：

• 步骤一出错，则整个事务失败，不会执行A的本地操作
• 步骤二出错，则整个事务失败，不会执行A的本地操作
• 步骤三出错，这时候需要回滚预备消息，怎么回滚？答案是A系统实现一个消息中间件的回调接口，消息中间件会去不断执行回调接口，检查A事务执行是否执行成功，如果失败则回滚预备消息
• 步骤四出错，这时候A的本地事务是成功的，那么消息中间件要回滚A吗？答案是不需要，其实通过回调接口，消息中间件能够检查到A执行成功了，这时候其实不需要A发提交消息了，消息中间件可以自己对消息进行提交，从而完成整个消息事务

 基于消息中间件的两阶段提交往往用在高并发场景下，将一个分布式事务拆成一个消息事务（A系统的本地操作+发消息）+B系统的本地操作，其中B系统的操作由消息驱动，只要消息事务成功，那么A操作一定成功，消息也一定发出来了，这时候B会收到消息去执行本地操作，如果本地操作失败，消息会重投，直到B操作成功，这样就变相地实现了A与B的分布式事务。原理如下：

 参考于http://www.cnblogs.com/leetieniu2014/p/5639528.html

 

使用消息队列来避免分布式事务
　　如果仔细观察生活的话，生活的很多场景已经给了我们提示。
　　比如在北京很有名的姚记炒肝点了炒肝并付了钱后，他们并不会直接把你点的炒肝给你，往往是给你一张小票，然后让你拿着小票到出货区排队去取。
为什么他们要将付钱和取货两个动作分开呢？原因很多，其中一个很重要的原因是为了使他们接待能力增强（并发量更高）。

还是回到我们的问题，只要这张小票在，你最终是能拿到炒肝的。同理转账服务也是如此，当用户A账户扣除1万后，
我们只要生成一个凭证（消息）即可，这个凭证（消息）上写着“让用户B账户增加 1万”，只要这个凭证（消息）能可靠保存，
我们最终是可以拿着这个凭证（消息）让用户B账户增加1万的，即我们能依靠这个凭证（消息）完成最终一致性。

4.1 如何可靠保存凭证（消息）

　　有两种方法：

4.1.1 业务与消息耦合的方式

　　用户A在完成扣款的同时，同时记录消息数据，这个消息数据与业务数据保存在同一数据库实例里（消息记录表表名为message）；

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<span style="color: #000000;">Begin transaction update A set amount</span>=amount-10000 where userId=1<span style="color: #000000;">; insert into message(userId, amount,status) values(</span>1, 10000, 1<span style="color: #000000;">); End transaction commit;</span>

　　上述事务能保证只要用户A账户里被扣了钱，消息一定能保存下来。

　　当上述事务提交成功后，我们通过实时消息服务将此消息通知用户B，用户B处理成功后发送回复成功消息，用户A收到回复后删除该条消息数据。

4.1.2 业务与消息解耦方式

　　上述保存消息的方式使得消息数据和业务数据紧耦合在一起，从架构上看不够优雅，而且容易诱发其他问题。为了解耦，可以采用以下方式。

　　1）用户A在扣款事务提交之前，向实时消息服务请求发送消息，实时消息服务只记录消息数据，而不真正发送，只有消息发送成功后才会提交事务；

　　2）当用户A扣款事务被提交成功后，向实时消息服务确认发送。只有在得到确认发送指令后，实时消息服务才真正发送该消息；

　　3）当用户A扣款事务提交失败回滚后，向实时消息服务取消发送。在得到取消发送指令后，该消息将不会被发送；

　　4）对于那些未确认的消息或者取消的消息，需要有一个消息状态确认系统定时去用户A系统查询这个消息的状态并进行更新。为什么需要这一步骤，
举个例子：假设在第2步用户A扣款事务被成功提交后，系统挂了，此时消息状态并未被更新为“确认发送”，从而导致消息不能被发送。

　　优点：消息数据独立存储，降低业务系统与消息系统间的耦合；

　　缺点：一次消息发送需要两次请求；业务处理服务需要实现消息状态回查接口。

4.2 如何解决消息重复投递的问题

　　还有一个很严重的问题就是消息重复投递，以我们用户A转账到用户B为例，如果相同的消息被重复投递两次，那么我们用户B账户将会增加2万而不是1万了。

　　为什么相同的消息会被重复投递？比如用户B处理完消息msg后，发送了处理成功的消息给用户A，正常情况下用户A应该要删除消息msg，但如果用户A这时候悲剧的挂了，
重启后一看消息msg还在，就会继续发送消息msg。

　　解决方法很简单，在用户B这边增加消息应用状态表（message_apply），通俗来说就是个账本，用于记录消息的消费情况，每次来一个消息，
在真正执行之前，先去消息应用状态表中查询一遍，如果找到说明是重复消息，丢弃即可，如果没找到才执行，同时插入到消息应用状态表（同一事务）。

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for each msg in queue Begin transaction select count(*) as cnt from message_apply where msg_id=msg.msg_id; if cnt==0 then update B set amount=amount+10000 where userId=1; insert into message_apply(msg_id) values(msg.msg_id); End transaction commit;

参考http://www.cnblogs.com/baiwa/p/5328722.html

 

幂等性：

应用在软件系统中，我把它简单定义为：某个函数或者某个接口使用相同参数调用一次或者无限次，其造成的后果是一样的，在实际应用中一般针对于接口进行幂等性设计。举个栗子，在系统中，调用方A调用系统B的接口进行用户的扣费操作时，由于网络不稳定，A重试了N次该请求，那么不管B是否接收到多少次请求，都应该保证只会扣除该用户一次费用。

刚性事务：