Spring Cloud Alibaba分布式事務解決框架Seata概念入門篇

作者：Thinking曹 2020-12-08 11:43:03

開發(fā)

架構

分布式 本篇給大家?guī)鞸pring Cloud Alibaba開源的一款分布式解決方案框架Seata，本篇為Seata組件的相關概念介紹，如果想使用Seata實戰(zhàn)解決分布式事務難題還請看下一篇文章。

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 Seata中文參考文檔： http://seata.io/zh-cn/docs/overview/what-is-seata.html

前言

繼上一篇文章 分布式事務解決方案及理論基礎入門 介紹了分布式解決方案相關概念之后，本篇給大家?guī)鞸pring Cloud Alibaba開源的一款分布式解決方案框架Seata，本篇為Seata組件的相關概念介紹，如果想使用Seata實戰(zhàn)解決分布式事務難題還請看下一篇文章。

一、什么是微服務架構

“微服務架構是一種架構模式，它提倡將單一應用程序劃分成一組小的服務，服務之間相互協(xié)調、互相配合，為用戶提供最終價值。每個服務運行在其獨立的進程中，服務和服務之間采用輕量級的通信機制相互溝通(通常是基于HTTP的Restful API).每個服務都圍繞著具體的業(yè)務進行構建，并且能夠被獨立的部署到生產(chǎn)環(huán)境、類生產(chǎn)環(huán)境等。另外，應盡量避免統(tǒng)一的、集中的服務管理機制，對具體的一個服務而言，應根據(jù)業(yè)務上下文，選擇合適的語言、工具對其進行構建"

二、分布式事務的產(chǎn)生

1. 單體架構

一個用戶完整的下單過程，在單體應用中，只需要一個在一個項目中，一個數(shù)據(jù)庫里，通過調用下下單接口，下單時調用扣減庫存方法和扣減賬戶余額來完成一筆訂單。

2. 分布式架構

單體應用被拆分成微服務應用，原來的三個模塊被拆分成三個獨立的應用，分別使用不同的數(shù)據(jù)源，在業(yè)務操作上需要調用三個服務來完成。此時每個服務內(nèi)部的數(shù)據(jù)一致性由本地事務來保證，但是全局的數(shù)據(jù)一致性問題沒法保證，分布式事務由此產(chǎn)生。

三、Seata的4種事務模式

1. Seata是什么

Seata 是一款開源的分布式事務解決方案，致力于提供高性能和簡單易用的分布式事務服務。Seata 將為用戶提供了 AT、TCC、SAGA 和 XA 事務模式，默認使用AT模式，為用戶打造一站式的分布式解決方案。

2. AT 模式

前提

• 基于支持本地 ACID 事務的關系型數(shù)據(jù)庫。
• Java 應用，通過 JDBC 訪問數(shù)據(jù)庫。

整體機制

通過2PC兩階段提交協(xié)議的演變：

• 一階段： 業(yè)務數(shù)據(jù)和回滾日志記錄在同一個本地事務中提交，釋放本地鎖和連接資源。
• 二階段： 提交異步化，成功則批量地刪除相應回滾日志記錄，失敗則通過回滾日志進行反向補償。

寫隔離

• 1)、 一階段本地事務提交前，需要確保先拿到全局鎖。
• 2)、拿不到全局鎖，不能提交本地事務;拿到全局鎖，提交本地事務并插入undo_log記錄。
• 3)、拿全局鎖的嘗試被限制在一定范圍內(nèi)，超出范圍將放棄，并根據(jù)undo_log記錄回滾本地事務，釋放本地鎖。

讀隔離

1)、在數(shù)據(jù)庫本地事務隔離級別 讀已提交(Read Committed) 或以上的基礎上，Seata(AT 模式)的默認全局隔離級別是 讀未提交(Read Uncommitted)。

理解： 在全局事務提交之前，本地事務會先提交，這時候查詢數(shù)據(jù)，對于本地庫是Read Committed，對于全局來說是 Read Uncommitted。

2)、如果要求全局的讀已提交，目前 Seata 的方式是通過 SELECT FOR UPDATE 語句的代理。

3. TCC模式

TCC不依賴 RM 對分布式事務的支持，而是通過對業(yè)務邏輯的分解來實現(xiàn)分布式事務。

• 1)、初步操作 Try： 完成所有業(yè)務檢查，預留必須的業(yè)務資源。
• 2)、確認操作 Confirm： 真正執(zhí)行的業(yè)務邏輯，不做任何業(yè)務檢查，只使用 Try 階段預留的業(yè)務資源。因此，只要 Try 操作成功，Confirm 必須能成功。另外，Confirm 操作需滿足冪等性，保證一筆分布式事務能且只能成功一次。
• 3)、取消操作 Cancel： 釋放 Try 階段預留的業(yè)務資源。同樣的，Cancel 操作也需要滿足冪等性。

所謂 TCC 模式，是指支持把 自定義 的分支事務納入到全局事務的管理中。

4. SAGA模式

概述

Seata提供的長事務解決方案，在Saga模式中，業(yè)務流程中每個參與者都提交本地事務，當出現(xiàn)某一個參與者失敗則補償前面已經(jīng)成功的參與者，一階段正向服務和二階段補償服務都由業(yè)務開發(fā)實現(xiàn)。

適用場景：

• 業(yè)務流程長、業(yè)務流程多
• 參與者包含其它公司或遺留系統(tǒng)服務，無法提供 TCC 模式要求的三個接口

優(yōu)勢：

• 一階段提交本地事務，無鎖，高性能
• 事件驅動架構，參與者可異步執(zhí)行，高吞吐
• 補償服務易于實現(xiàn)

缺點：

不保證隔離性

基于狀態(tài)機引擎的 Saga 實現(xiàn)。

目前SEATA提供的Saga模式是基于狀態(tài)機引擎來實現(xiàn)的，機制是：

• 通過狀態(tài)圖來定義服務調用的流程并生成 json 狀態(tài)語言定義文件。
• 狀態(tài)圖中一個節(jié)點可以是調用一個服務，節(jié)點可以配置它的補償節(jié)點。
• 狀態(tài)圖 json 由狀態(tài)機引擎驅動執(zhí)行，當出現(xiàn)異常時狀態(tài)引擎反向執(zhí)行已成功節(jié)點對應的補償節(jié)點將事務回滾，異常發(fā)生時是否進行補償也可由用戶自定義決定。
• 可以實現(xiàn)服務編排需求，支持單項選擇、并發(fā)、子流程、參數(shù)轉換、參數(shù)映射、服務執(zhí)行狀態(tài)判斷、異常捕獲等功能。

示例狀態(tài)圖：

5. XA 模式

前提

• 支持XA 事務的數(shù)據(jù)庫。
• Java 應用，通過 JDBC 訪問數(shù)據(jù)庫。

整體機制

在 Seata 定義的分布式事務框架內(nèi)，利用事務資源(數(shù)據(jù)庫、消息服務等)對 XA 協(xié)議的支持，以 XA 協(xié)議的機制來管理分支事務的一種 事務模式。

執(zhí)行階段：

• 可回滾：業(yè)務 SQL 操作放在 XA 分支中進行，由資源對 XA 協(xié)議的支持來保證 可回滾
• 持久化：XA 分支完成后，執(zhí)行 XA prepare，同樣，由資源對 XA 協(xié)議的支持來保證 持久化(即，之后任何意外都不會造成無法回滾的情況)

完成階段：

• 分支提交：執(zhí)行 XA 分支的 commit
• 分支回滾：執(zhí)行 XA 分支的 rollback

關于XA模式的介紹這里先簡單提一下，更詳細的信息查閱 ：http://seata.io/zh-cn/docs/dev/mode/xa-mode.html

四、Seata模型介紹

Seata的整個過程模型如下圖所示：

上圖中主要有三種角色：

• TM：事務管理者，用來告訴 TC，全局事務的開始，提交，回滾。
• TC：事務協(xié)調者，即seata-server，維護全局事務和分支事務的狀態(tài)，通知各RM提交或者回滾。
• RM：資源管理者，每一個 RM 都會作為一個分支事務注冊在 TC，負責分支事務的注冊、提交和回滾。

術語介紹：

• XID - Transaction ID ，一個分布式事務唯一一個ID。
• TC - 事務協(xié)調者，維護全局和分支事務的狀態(tài)，驅動全局事務提交或回滾。
• TM - 事務管理器，定義全局事務的范圍：開始全局事務、提交或回滾全局事務。
• RM - 資源管理器，管理分支事務處理的資源，與TC交談以注冊分支事務和報告分支事務的狀態(tài)，并驅動分支事務提交或回滾。

典型的分布式事務處理流程包括以下步驟：

• TM向TC請求開啟一個全局事務，TC給TM返回一個全局事務的XID，即XID;
• XID在微服務調用鏈路的上下文間傳播;
• RM向TC注冊分支事務，將其納入XID對應全局事務的管轄;
• TM根據(jù)XID向TC發(fā)出提交或者回滾的請求;
• TC根據(jù)XID使RM提交或者回滾

流程圖如下：

五、關于Seata架構

早在2019年，阿里開源了分布式事務框架Seata，原名叫Fescar，后來跟螞蟻TCC方案整合后改名為Seata，截止目前2020年11月3日，Seata已經(jīng)更新到v1.4.0版本了，雖然在之前的版本發(fā)布中，存在一些潛在的問題，但是通過開源團隊快速修復問題，并且快速迭代發(fā)布新版本之下，目前相對較穩(wěn)定。

同時相比與其它分布式事務框架，Seata架構的亮點主要有幾個：

• 應用層基于SQL解析實現(xiàn)了自動補償，從而最大程度的降低業(yè)務侵入性;
• 將分布式事務中TC(事務協(xié)調者)獨立部署，負責事務的注冊、回滾;
• 通過全局鎖實現(xiàn)了寫隔離與讀隔離。

六、參考文檔

Seata中文官方文檔： http://seata.io/zh-cn/docs/overview/what-is-seata.html

Seata-Server下載地址： https://github.com/seata/seata/releases

分布式事務Demo： https://github.com/seata/seata-samples

Seata源碼地址： https://github.com/seata/seataSeata中文參考文檔： http://seata.io/zh-cn/docs/overview/what-is-seata.html

 

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