在分布式系统——CAP理论及BASE理论中，我们主要简单的介绍了一下分布式系统的特点及理论，那么我们具体是如何满足的呢？这里就需要借助于算法进行实现。2PC、3PC主要是基于分布式事务的分布式一致性算法。

在分布式系统中，各个节点之间在物理上相互独立，通过网络进行沟通和协调。由于存在事务机制，可以保证每个独立节点上的数据操作可以满足ACID。但是，相互独立的节点之间无法准确的知道其他节点中的事务执行情况。

所以从理论上讲，两台机器理论上无法达到一致的状态。如果想让分布式部署的多台机器中的数据保持一致性，那么就要保证在所有节点的数据写操作，要不全部都执行，要么全部的都不执行。

但是，一台机器在执行本地事务的时候无法知道其他机器中的本地事务的执行结果。所以他也就不知道本次事务到底应该commit还是 roolback。所以，常规的解决办法就是引入一个“协调者”的组件来统一调度所有分布式节点的执行。使用2PC、3PC可以实现分布式的强一致性和分布式事务。

分布式事务

通常把一个数据库内部的事务处理，如对多个表的操作，作为本地事务看待。数据库的事务处理对象是本地事务，而分布式事务处理的对象是全局事务。所谓全局事务，是指分布式事务处理环境中，多个数据库可能需要共同完成一个工作，这个工作即是一个全局事务。

例如，一个全局事务中可能更新几个不同的数据库。对数据库的操作发生在系统的各处但必须全部被提交或回滚。此时一个数据库对自己内部所做操作的提交不仅依赖本身操作是否成功，还要依赖与全局事务相关的其它数据库的操作是否成功，如果任一数据库的任一操作失败，则参与此事务的所有数据库所做的所有操作都必须回滚。

2PC

2PC(tow phase commit)，即两阶段提交，其算法思路大致为：参与者将操作成败通知协调者，再由协调者根据所有参与者的反馈情报决定各参与者是否要提交操作还是中止操作。

2PC就是用来解决分布式事务的原子性问题。所谓的两个阶段是指：第一阶段：准备阶段(投票阶段)和第二阶段：提交阶段（执行阶段）。

第一阶段：准备阶段

事务协调者(事务管理器)给每个参与者(资源管理器)发送Prepare消息，每个参与者要么直接返回失败(如权限验证失败)，要么在本地执行事务，写本地的redo和undo日志，但不提交，然后向协调者反馈成功或者失败。
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具体步骤：

协调者节点向所有参与者节点询问是否可以执行提交操作(vote)，并开始等待各参与者节点的响应。
参与者节点执行询问发起为止的所有事务操作，并将undo信息和redo信息写入日志。（注意： 若成功这里其实每个参与者已经执行了事务操作，但未提交）
各参与者节点响应协调者节点发起的询问。如果参与者节点的事务操作实际执行成功，则它返回一个”同意”消息；如果参与者节点的事务操作实际执行失败，则它返回一个”中止”消息。

第二阶段：提交阶段

如果协调者收到了参与者的失败消息或者超时，直接给每个参与者发送回滚(rollback)消息；否则，发送提交(commit)消息；参与者根据协调者的指令执行提交或者回滚操作，释放所有事务处理过程中使用的锁资源。（注意： 必须在最后阶段释放锁资源。）

注意：在2PC中，如果协调者等待超时，会进行回滚操作。

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其步骤如下（如成功，则提交事务）：

协调者节点向所有参与者节点发出“正式提交(commit)”的请求。
参与者节点正式完成操作，并释放在整个事务期间内占用的资源。
参与者节点向协调者节点发送”完成”消息。
协调者节点受到所有参与者节点反馈的”完成”消息后，完成事务。

若失败，则中止事务：

协调者节点向所有参与者节点发出”回滚操作(rollback)”的请求。
参与者节点利用之前写入的Undo信息执行回滚，并释放在整个事务期间内占用的资源。
参与者节点向协调者节点发送”回滚完成”消息。
协调者节点受到所有参与者节点反馈的”回滚完成”消息后，取消事务。

我们发现在2PC中，不管最后结果如何，第二阶段都会结束当前事务，2PC（两阶段提交）确实能够提供原子性的操作。其优点十分明确，2PC的原理简单，在实现上也比较方便。但是它也存在很多缺点，如下：

同步阻塞

在二阶段提交的过程中，所有参与节点都是事务阻塞型的，都在等待其他节点的响应，无法进行其他操作。这种同步阻塞极大的限制了分布式系统的性能。

当参与者占有公共资源时，其他第三方节点访问公共资源就不得不处于阻塞状态，各个参与者在等待协调者发出提交或中断请求时，会一直阻塞，而协调者的发出时间要依赖于所有参与者的响应时间，如果协调者宕机了（单点故障），那么他就一直阻塞在这，而且无法达成一致（3PC引入了超时提交解决）。

单点故障

协调者在整个二阶段提交过程中很重要，如果协调者在提交阶段出现问题，那么整个流程将无法运转。更重要的是，其他参与者将会处于一直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

假设当协调者向所有的参与者发送commit请求之后，发生了局部网络异常，或者是协调者在尚未发送完所有 commit请求之前自身发生了崩溃，导致最终只有部分参与者收到了commit请求。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。

容错机制不完善

二阶段提交协议没有设计较为完善的容错机制，任意一个节点是失败都会导致整个事务的失败，也就是我们经常说的太过于保守。

3PC

3PC（three-phase commit），即三阶段提交，是二阶段提交（2PC）的改进版本。其将二阶段提交协议的“第一阶段：准备阶段”一份为二，形成了CanCommit、PreCommit、DoCommit三个阶段。

与两阶段提交不同的是，三阶段提交有两个改动点：

引入超时机制。（参与者超时提交策略，当DoCommit阶段参与者等待协调者超时后会提交事务，解决参与者同步阻塞问题，同时能在发生单点故障时，继续达成一致）
在2PC的基础上增加了一个CanCommit，有效减少同步阻塞的发生范围及可能性，也使得在DoCommit超时后，可以进行提交事务

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CanCommit阶段

在3PC的CanCommit阶段，协调者向参与者发送commit请求，参与者如果认为可以提交就返回Yes响应，否则返回No响应。

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。然后开始等待参与者的响应。
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，则返回Yes响应，并进入预备状态。否则反馈No

注意： 我们看上图，和我们2PC不同的是，这里我们没有进行执行事务操作，真正执行事务操作，记录undo和redo事务日志是在第二部PreCommit阶段。

就因为有了这一阶段，大大的减少了2PC提交的阻塞时间，在2PC提交中，如果有3个数据库，其实第三个数据库已经出现问题，但是2PC中协调者会直接发送Prepare消息，让所有的数据库进行事务操作，前两个数据库成功进行事务操作，但是第三个数据库出现了问题，或者连接不上，这时失败，协调者发起中止事务操作，前两个数据库又要进行rollback回滚。而在3PC的CanCommit阶段就可以及时发现第三个数据库异常，那么就直接中止了。

PreCommit阶段

如果在CanCommit阶段，出现了上述我们所说的情况，即协调者未获得所有参与者的Yes响应，或者有No的反馈，或者等待超时之后，那么就执行事务的中断。

发送中断请求 协调者向所有参与者发送abort请求。
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。

如果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，如下：

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。
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。
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。

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。第一种情况就是协调接收到参与者发送的ACK成功响应，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。

事务提交 参与者接收到doCommit请求之后，执行正式的commit事务提交。并在完成事务提交之后释放所有事务资源。
响应反馈 事务提交完之后，向协调者发送Ack响应。
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。

另一种情况就是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），那么协调者就会发送中断请求，向所有参与者发送abort请求，就会执行中断事务。

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rollback回滚操作，并在完成回滚之后释放所有的事务资源。
反馈结果 参与者完成事务回滚之后，向协调者发送ACK消息
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。

注意： 在DoCommit阶段，如果参与者无法及时接收到来自协调者的commit或者abort指令时，会在等待超时之后，会继续进行事务的提交。

引入超时提交的依据： 其实这个应该是基于概率来决定的，当进入第三阶段时，说明参与者在第二阶段已经收到了PreCommit请求，那么协调者产生PreCommit请求的前提条件是他在第二阶段开始之前，收到所有参与者的CanCommit响应都是Yes。（一旦参与者收到了PreCommit，意味它知道大家其实都同意修改了）所以，一句话概括就是，当进入第三阶段时，由于网络超时等原因，虽然参与者没有收到commit或者abort响应，但是它有理由相信：成功提交的几率很大。

那么问题来了，3PC的后两个阶段和2PC类似，为什么2PC在等待超时后只能进行回滚，而3PC在等待超时后且可能进行提交？原因就是3PC达到了第二阶段，说明肯定通过了CanCommit第一阶段，说明大家都同意修改，在3PC是大家先同意在进行事务操作，而在2PC恰恰相反，大家都还不知道同不同意，只是先进行事务修改，在进行投票看看同不同意，万一不同意呢？所以2PC在超时后必须进行回滚。

对于2PC来说，3PC第二阶段才写undo和redo事务日志，改善了同步阻塞；另外3PC第三阶段协调者出现异常或网络超时参与者也会commit，改善了单点故障问题，但是只是改善，并未能够避免，所以它仍然存在2PC中介绍的同步堵塞、单点故障、数据不一致、容错机制不完善等问题。其中数据不一致，比如由于网络原因，协调者发送的abort响应没有及时被参与者接收到，那么参与者在等待超时之后执行了commit操作。这样就和其他接到abort命令并执行回滚的参与者之间存在数据不一致的情况。而其余三点缺点同步堵塞、单点故障、容错机制不完善等问题基本和2PC中导致原因类似。