分布式理論 三 2PC協議

由於base理論需要在一致性和可用性方面做出權衡，因此湧現了很多關於一致性的演算法和協議。其中比較著名的有二階提交協議（2 phase commitment protocol），三階提交協議（3 phase commitment protocol）和paxos演算法。

本文要介紹的2pc協議，分為兩個階段提交乙個事務。並通過協調者和各個參與者的配合，實現分布式一致性。

兩個階段事務提交協議，由協調者和參與者共同完成。

角色xa概念

作用協調者

事務管理器

協調各個參與者，對分布式事務進行提交或回滾

參與者資源管理器

分布式集群中的節點

分布式事務是指會涉及到操作多個資料庫的事務，其實就是將對同一庫事務的概念擴大到了對多個庫的事務。目的是為了保證分布式系統中的資料一致性。

分布式事務處理的關鍵是：

需要記錄事務在任何節點所做的所有動作；

事務進行的所有操作要麼全部提交，要麼全部回滾。

xa規範是由 x/open組織（即現在的 open group ）定義的分布式事務處理模型。 x/open dtp 模型（ 1994 ）包括：

xa規範定義了交易中介軟體與資料庫之間的介面規範（即介面函式），交易中介軟體用它來通知資料庫事務的開始、結束以及提交、回滾等。而xa介面函式由資料庫廠商提供。

二階提交協議和三階提交協議就是基於xa規範提出的其中，二階段提交就是實現xa分布式事務的關鍵。

ap向tm發起乙個全域性事務。這時，tm會傳送乙個xid（全域性事務id）通知各個rm。

ap從tm獲取資源管理器的**（例如：使用jta介面，從tm管理的上下文中，獲取出這個tm所管理的rm的jdbc連線或jms連線）。

ap通過從tm中獲取的連線，間接操作rm進行業務操作。tm在每次ap操作時把xid傳遞給rm，rm正是通過這個xid關聯來操作和事務的關係的。

ap結束全域性事務時，tm會通知rm全域性事務結束。開始二段提交，也就是prepare - commit的過程。

xa規範的流程，大致如圖所示：

二階段提交的演算法思路可以概括為：每個參與者將操作成敗通知協調者，再由協調者根據所有參與者的反饋情報，決定各參與者是否要提交操作還是中止操作。

所謂的兩個階段分別是：

3.1.1. 準備階段

準備階段分為三個步驟：

a. 事務詢問

協調者向所有的參與者詢問，是否準備好了執行事務，並開始等待各參與者的響應。

各參與者節點執行事務操作。如果本地事務成功，將undo和redo資訊記入事務日誌中，但不提交；否則，直接返回失敗，退出執行。

如果參與者成功執行了事務操作，那麼就反饋給協調者 yes響應，表示事務可以執行提交；如果參與者沒有成功執行事務，就返回no給協調者，表示事務不可以執行提交。

在提交階段中，會根據準備階段的投票結果執行2種操作：執行事務提交，中斷事務。

提交事務過程如下：

a. 傳送提交請求

協調者向所有參與者發出commit請求。

參與者收到commit請求後，會正式執行事務提交操作，並在完成提交之後，釋放整個事務執行期間占用的事務資源。

參與者在完成事務提交之後，向協調者傳送ack資訊。

協調者接收到所有參與者反饋的ack資訊後，完成事務。

協調者向所有參與者發出rollback請求。

參與者接收到rollback請求後，會利用其在提交階段種記錄的undo資訊，來執行事務回滾操作。在完成回滾之後，釋放在整個事務執行期間占用的資源。

參與者在完成事務回滾之後，想協調者傳送ack資訊。

協調者接收到所有參與者反饋的ack資訊後，完成事務中斷。

在二階段提交的過程中，所有的節點都在等待其他節點的響應，無法進行其他操作。這種同步阻塞極大的限制了分布式系統的效能。

單點問題

協調者在整個二階段提交過程中很重要，如果協調者在提交階段出現問題，那麼整個流程將無法運轉。更重要的是，其他參與者將會處於一直鎖定事務資源的狀態中，而無法繼續完成事務操作。

資料不一致

假設當協調者向所有的參與者傳送commit請求之後，發生了區域性網路異常，或者是協調者在尚未傳送完所有 commit請求之前自身發生了崩潰，導致最終只有部分參與者收到了commit請求。這將導致嚴重的資料不一致問題。

容錯性不好

如果在二階段提交的提交詢問階段中，參與者出現故障，導致協調者始終無法獲取到所有參與者的確認資訊，這時協調者只能依靠其自身的超時機制，判斷是否需要中斷事務。顯然，這種策略過於保守。換句話說，二階段提交協議沒有設計較為完善的容錯機制，任意乙個節點是失敗都會導致整個事務的失敗。

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