SpringBoot2.x系列教程67--Spring Boot整合分布式事务简介
作者：一一哥
一. 分布式事务简介
1. 什么是分布式事务
百度百科对分布式事务的解释如下：
分布式事务就是指事务的参与者、支持事务的服务器、资源服务器以及事务管理器分别位于分布式系统的不同节点之上。
当数据库的数据越来越大，数据库无法承受起压力，就会开始分库分表，分库分表后不同的库就会分布在不同的服务器上，明显的就会出现数据一致性问题。或者同一个事务中要调用的不同系统的不同的库，也要保证要不全都成功，要不全部回滚。
简单的说，就是一次大的操作由不同的小操作组成，这些小的操作分布在不同的服务器上，且属于不同的应用。分布式事务需要保证这些小操作要么全部成功，要么全部失败。本质上来说，分布式事务就是为了保证不同数据库的数据一致性。
2. 分布式事务产生的原因
2.1 数据库分库分表
当数据库单表一年产生的数据超过1000W，那么就可能要考虑分库分表，也就是说要把原来的一个数据库变成多个数据库。这时候，如果一个操作既要访问01库，又访问02库，而且还要保证数据的一致性，那么就要用到分布式事务。

2.2 应用SOA化
所谓的SOA，就是业务的服务化。比如原来单机支撑了整个电商网站，现在对整个网站进行拆解，分离出了订单中心、库存中心。对于订单中心，有专门的数据库存储订单信息，库存中心也会有专门的数据库存储库存信息。这时候如果要同时对订单和库存进行操作，那么就会涉及到订单数据库和库存数据库，为了保证数据一致性，就需要用到分布式事务。

以上两种情况表象不同，但是本质相同，都是因为要操作的数据库变多了！
3. 分布式事务的应用场景
3.1 支付
我们在进行支付的时候，会对买家账户进行扣款，同时对卖家账户进行加钱。这些操作必须在一个事务里执行，要么全部成功，要么全部失败。而对于买家账户属于买家中心，对应的是买家数据库，而卖家账户属于卖家中心，对应的是卖家数据库，对不同数据库的操作必然需要引入分布式事务。
3.2 在线下单
买家在电商平台下单，往往会涉及到两个动作，一个是扣库存，第二个是更新订单状态，库存和订单一般属于不同的数据库，需要使用分布式事务保证数据一致性。
二. XA 事务
1. XA协议
XA（eXtended Architecture）是指由X/Open 组织提出的分布式交易处理的规范。XA 是一个分布式事务协议，由Tuxedo 提出，所以分布式事务也称为XA 事务。
2. XA协议构成
XA 协议主要定义了事务管理器TM（Transaction Manager，协调者）和资源管理器RM（Resource Manager，参与者）之间的接口。
其中，资源管理器往往由数据库实现，如Oracle、DB2、MySQL，这些商业数据库都实现了XA 接口，而事务管理器作为全局的调度者，负责各个本地资源的提交和回滚。
XA 事务是基于两阶段提交（Two-phaseCommit，2PC）协议实现的，可以保证数据的强一致性，许多分布式关系型数据管理系统都采用此协议来完成分布式。
阶段一为准备阶段，即所有的参与者准备执行事务并锁住需要的资源。当参与者Ready时，向TM 汇报自己已经准备好。
阶段二为提交阶段。当TM 确认所有参与者都Ready 后，向所有参与者发送COMMIT 命令。
XA 事务允许不同数据库的分布式事务，Oracle、MySQL 和SQL Server 都支持XA 事务。
3. XA事务构成
XA事务由一个或多个资源管理器(RM)、一个事务管理器(TM)和一个应用程序(ApplicationProgram)组成。
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资源管理器: 提供访问事务资源的方法，通常一个数据库就是一个资源管理器。
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事务管理器: 协调参与全局事务中的各个事务，需要和参与全局事务的所有资源管理器进行通信。
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应用程序: 定义事务的边界。
4. XA事务注意事项
XA 事务的缺点是性能不好，且无法满足高并发场景。一个数据库的事务和多个数据库间的XA 事务性能会相差很多。因此，要尽量避免XA 事务，如可以将数据写入本地，用高性能的消息系统分发数据，或使用数据库复制等技术。只有在其他办法都无法实现业务需求，且性能不是瓶颈时才使用XA。
三. 常见的分布式事务解决方案
1. 基于XA协议的两阶段提交(2PC)
XA是一个分布式事务协议，由Tuxedo提出。XA中大致分为两部分：事务管理器和本地资源管理器。其中本地资源管理器往往由数据库实现，比如Oracle、MySQL这些商业数据库都实现了XA接口，而事务管理器作为全局的调度者，负责各个本地资源的提交和回滚。

XA实现分布式事务的原理如下:

总的来说，XA协议比较简单，而且一旦商业数据库实现了XA协议，使用分布式事务的成本也比较低。
但是，XA也有致命的缺点，那就是性能不理想，特别是在交易下单链路，往往并发量很高，XA无法满足高并发场景。
XA目前在商业数据库支持的比较理想，在MySQL数据库中支持的不太理想，MySQL的XA实现，没有记录prepare阶段日志，主备切换会导致主库与备库数据不一致。许多NoSQL也没有支持XA，这让XA的应用场景变得非常狭隘。
XA两阶段提交的不足
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1.性能问题
XA协议遵循强一致性。在事务执行过程中，各个节点占用着数据库资源，只有当所有节点准备完毕，事务协调者才会通知提交，参与者提交后释放资源。这样的过程有着非常明显的性能问题。 -
2.协调者单点故障问题
事务协调者是整个XA模型的核心，一旦事务协调者节点挂掉，参与者收不到提交或是回滚通知，参与者会一直处于中间状态无法完成事务。 -
3.丢失消息导致的不一致问题
在XA协议的第二个阶段，如果发生局部网络问题，一部分事务参与者收到了提交消息，另一部分事务参与者没收到提交消息，那么就导致了节点之间数据的不一致。
总结：
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优点: 尽量保证了数据的强一致，适合对数据强一致要求很高的关键领域(其实也不能100%保证强一致)
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缺点: 实现复杂，牺牲了可用性，对性能影响较大，不适合高并发高性能场景，如果分布式系统跨接口调用。
2. 消息事务+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。
业务示意图:

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:
1.如果步骤一出错，则整个事务失败，不会执行A的本地操作；
2.如果步骤二出错，则整个事务失败，不会执行A的本地操作；
3.如果步骤三出错，这时候需要回滚预备消息，怎么回滚呢？答案是A系统实现一个消息中间件的回调接口，消息中间件会不断的执行回调接口，检查A事务执行是否执行成功，如果失败则回滚预备消息。
4.如果步骤四出错，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。
消息事务小结:
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优点：实现了最终一致性，不需要依赖本地数据库事务。
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缺点：实现难度大，主流MQ不支持，RocketMQ事务消息部分代码也未开源。
3. 本地消息表(异步确保）
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)和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:

虽然上面的方案能够完成A和B的操作，但是A和B并不是严格一致的，而是最终一致的。我们在这里牺牲了一致性，换来了性能的大幅度提升。当然，这种玩法也是有风险的，如果B一直执行不成功，那么一致性会被破坏，具体要不要玩，还是得看业务能够承担多少风险。
4. 补偿事务的TCC编程模式
所谓的补偿事务的TCC编程模式，也是两阶段提交的一个变种。TCC提供了一个编程框架，将整个业务逻辑分为三块：Try、Confirm和Cancel三个操作。
以在线下单为例，Try阶段会去扣库存，Confirm阶段则是去更新订单状态，如果更新订单失败，则进入Cancel阶段，会去恢复库存。总之，TCC就是通过代码人为实现了两阶段提交，不同的业务场景所写的代码都不一样，复杂度也不一样，因此，这种模式并不能很好地被复用。
四. 总结
分布式事务，本质上是对多个数据库的事务进行统一控制，按照控制力度可以分为：不控制、部分控制和完全控制。
- 不控制就是不引入分布式事务。
- 部分控制就是各种变种的两阶段提交，包括上面提到的消息事务+最终一致性、TCC模式，而完全控制就是完全实现两阶段提交。部分控制的好处是并发量和性能很好，缺点是数据一致性减弱了。
- 完全控制则是牺牲了性能，保障了一致性，具体用哪种方式，最终还是取决于业务场景。
作为技术人员，一定不能忘了技术是为业务服务的，不要为了技术而技术，针对不同业务进行技术选型也是一种很重要的能力！
