微服務(wù)架構(gòu)下的分布式事務(wù)解決方案

作者：佚名 2021-09-28 09:43:11
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架構(gòu)
分布式 微服務(wù)架構(gòu)是一個分布式的系統(tǒng)，按業(yè)務(wù)進(jìn)行劃分為獨立的服務(wù)單元，解決單體系統(tǒng)的不足，同時也滿足越來越復(fù)雜的業(yè)務(wù)需求。每個微服務(wù)僅關(guān)注于完成一件任務(wù)并很好地完成該任務(wù)。

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隨著業(yè)務(wù)的快速發(fā)展、業(yè)務(wù)復(fù)雜度越來越高，傳統(tǒng)單體應(yīng)用逐漸暴露出了一些問題，例如開發(fā)效率低、可維護(hù)性差、架構(gòu)擴(kuò)展性差、部署不靈活、健壯性差等等。

微服務(wù)架構(gòu)是一個分布式的系統(tǒng)，按業(yè)務(wù)進(jìn)行劃分為獨立的服務(wù)單元，解決單體系統(tǒng)的不足，同時也滿足越來越復(fù)雜的業(yè)務(wù)需求。每個微服務(wù)僅關(guān)注于完成一件任務(wù)并很好地完成該任務(wù)。

微服務(wù)架構(gòu)的特點

微服務(wù)架構(gòu)的優(yōu)勢非常明顯，在近些年迅猛發(fā)展。

1. 將復(fù)雜的業(yè)務(wù)拆分成多個小的業(yè)務(wù)，能夠達(dá)到更好的業(yè)務(wù)復(fù)用，有利于人員組織分工
2. 服務(wù)獨立部署，獨立擴(kuò)容，每個服務(wù)的修改和部署對其他服務(wù)沒有影響
3. 每個服務(wù)可以根據(jù)業(yè)務(wù)場景選取合適的編程語言和數(shù)據(jù)庫

微服務(wù)有以上的優(yōu)勢，但是微服務(wù)也帶來不少的新問題，例如：

1. 服務(wù)數(shù)量眾多，其測試、部署、監(jiān)控等都變的更加困難。
2. 單體應(yīng)用拆分為分布式系統(tǒng)后，進(jìn)程間的通訊機(jī)制和故障處理措施變的更加復(fù)雜
3. 系統(tǒng)微服務(wù)化后，原先是一個服務(wù)內(nèi)部的本地數(shù)據(jù)庫事務(wù)，被拆到了多個服務(wù)，需要在分布式環(huán)境下保證事務(wù)的一致性

上述的各項問題中，1、2都可以通過近幾年涌現(xiàn)的各項微服務(wù)技術(shù)解決，例如Kubernetes提供了服務(wù)發(fā)現(xiàn)、服務(wù)治理等。因此分布式事務(wù)已經(jīng)成為微服務(wù)落地最大的阻礙，也是最具挑戰(zhàn)性的一個技術(shù)難題。下面將深入和大家探討微服務(wù)架構(gòu)下，分布式事務(wù)的解決方案。

從本地事務(wù)到分布式事務(wù)的演變

我們那轉(zhuǎn)賬作為例子，A需要轉(zhuǎn)100元給B，那么需要給A的余額-100元，給B的余額+100元，單體模式下，可以通過本地事務(wù)解決。

本地事務(wù)

把多條語句作為一個整體進(jìn)行操作的功能，被稱為數(shù)據(jù)庫_事務(wù)_。數(shù)據(jù)庫事務(wù)可以確保該事務(wù)范圍內(nèi)的所有操作都可以全部成功或者全部失敗。如果事務(wù)失敗，那么效果就和沒有執(zhí)行這些SQL一樣，不會對數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)有任何改動。

數(shù)據(jù)庫事務(wù)具有ACID這4個特性：

• A：Atomic，原子性，將所有SQL作為原子工作單元執(zhí)行，要么全部執(zhí)行，要么全部不執(zhí)行；
• C：Consistent，一致性，事務(wù)完成后，所有數(shù)據(jù)的狀態(tài)都是一致的，即A賬戶只要減去了100，B賬戶則必定加上了100；
• I：Isolation，隔離性，如果有多個事務(wù)并發(fā)執(zhí)行，每個事務(wù)作出的修改必須與其他事務(wù)隔離；
• D：Duration，持久性，即事務(wù)完成后，對數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的修改被持久化存儲。

分布式事務(wù)典型場景

銀行跨行轉(zhuǎn)賬業(yè)務(wù)是一個典型分布式事務(wù)場景，假設(shè)A需要跨行轉(zhuǎn)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(wù)保證轉(zhuǎn)賬的正確性，只能夠通過分布式事務(wù)來解決。

將服務(wù)拆分為微服務(wù)時，遇見類似需要分布式事務(wù)的場景非常多，雖然微服務(wù)最佳實踐建議盡量規(guī)避分布式事務(wù)，但是在很多業(yè)務(wù)場景，分布式事務(wù)是一個繞不開的技術(shù)問題。

分布式事務(wù)方案

分布式事務(wù)模式常見的有XA、TCC、SAGA、可靠消息，下面進(jìn)行簡短的介紹

兩階段提交/XA

XA是由X/Open組織提出的分布式事務(wù)的規(guī)范，XA規(guī)范主要定義了（全局）事務(wù)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(zhǔn)備執(zhí)行事務(wù)并鎖住需要的資源。參與者ready時，向TM報告已準(zhǔn)備就緒。

第二階段（commit/rollback）：當(dāng)事務(wù)管理者（TM）確認(rèn)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(wù)，包括MySQL、Oracle、SQLServer、PostgreSQL。

一個成功完成的XA事務(wù)時序圖如下：

TCC事務(wù)方案

TCC方案其實是XA提交的一種改進(jìn)。其將整個業(yè)務(wù)邏輯的每個分支顯式的分成了Try、Confirm、Cancel三個操作。Try部分完成業(yè)務(wù)的準(zhǔn)備工作，confirm部分完成業(yè)務(wù)的提交，cancel部分完成事務(wù)的回滾。

事務(wù)開始時，業(yè)務(wù)應(yīng)用會向事務(wù)協(xié)調(diào)器注冊啟動事務(wù)。之后業(yè)務(wù)應(yīng)用會調(diào)用所有服務(wù)的try接口，完成一階段準(zhǔn)備。之后事務(wù)協(xié)調(diào)器會根據(jù)try接口返回情況，決定調(diào)用confirm接口或者cancel接口。如果接口調(diào)用失敗，會進(jìn)行重試。

一個成功完成的TCC事務(wù)時序圖如下：

SAGA事務(wù)方案

Saga和TCC一樣，也是最終一致性事務(wù)、柔性事務(wù)。Saga的本質(zhì)就是把一個長事務(wù)分隔成一個個小的事務(wù)，每個事務(wù)都包含一個執(zhí)行模塊和補(bǔ)償模塊。

Saga沒有try，直接提交事務(wù)，可能出現(xiàn)臟讀的情況，在某些對一致性要求較高的場景下，是不可接受的。

在啟動一個Saga事務(wù)時，事務(wù)管理器會告訴第一個Saga參與者，也就是子事務(wù)，去執(zhí)行本地事務(wù)。事務(wù)完成之后Saga的會按照執(zhí)行順序調(diào)用Saga的下一個參與的子事務(wù)。這個過程會一直持續(xù)到Saga事務(wù)執(zhí)行完畢。

如果在執(zhí)行子事務(wù)的過程中遇到子事務(wù)對應(yīng)的本地事務(wù)失敗，則Saga會按照相反的順序執(zhí)行補(bǔ)償事務(wù)。

一個成功完成的SAGA事務(wù)時序圖如下：

可靠消息

消息一致性方案是通過消息中間件保證上下游應(yīng)用數(shù)據(jù)操作的一致性?；舅悸肥菍⒈镜夭僮骱桶l(fā)送消息放在一個本地事務(wù)中，保證本地操作和消息發(fā)送要么兩者都成功或者都失敗。下游應(yīng)用向消息系統(tǒng)訂閱該消息，收到消息后執(zhí)行相應(yīng)操作。

RocketMQ 提供了典型的可靠消息接口，可以參考。

分布式事務(wù)開源項目

當(dāng)前的分布式事務(wù)領(lǐng)域，有java語言的開源項目，以seata為代表。在非Java領(lǐng)域，Go語言的 DTM 是代表項目。 DTM 支持XA、TCC、SAGA、可靠消息，架構(gòu)圖如下：

圖中的各角色與XA模型中的角色模型一致，分別解釋如下：

• AP應(yīng)用程序（定義和提交事務(wù)，當(dāng)前支持Go語言，即將支持Nodejs、Python、PHP、Rust等）
• RM資源管理器（負(fù)責(zé)管理本地事務(wù)，不限語言，只要提供了http相關(guān)的接口即可）
• TM事務(wù)管理器（DTM，協(xié)調(diào)全局事務(wù)，進(jìn)行提交以及回滾）

在上述的架構(gòu)圖中，AP通過DTM提供的分布式事務(wù)接口，與RM和TM交互，對現(xiàn)有的微服務(wù)，侵入很小。

另外在實際的業(yè)務(wù)中，AP和RM角色可能會有重疊，例如TCC模式下，AP可能有自己的本地事務(wù)，也會注冊并調(diào)用其他事務(wù)分支。

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