来来来,引人深思的二阶段提交协议2PC

分布式理论  2pc协议  二阶段提交协议

为了使系统尽量能够达到CAP,也是有了BASE协议,而Base协议是在可用性和一致性之间做的取舍和妥协。

也就是说,我们在对分布式系统进行架构设计的过程中,往往需要我们在系统的可用性和数据一致性之间反复的权衡。

于是就有一些非常经典的算法和协议,大家知道的,基本就是二阶段提交协议和三阶段提交协议,Paxos算法等。

什么是2PC

在分布式系统中,会有多个机器节点,每一个机器节点虽然能够明确的知道自己在进行事务操作过程中的结果是成功或者失败,但无法直接获取到其他分布式节点的操作结果,因此,当一个事务操作需要跨越多个分布式节点的时候,为了保证事务处理的ACID特性,就需要引入一个”协调者”的组件来统一调度所有分布式节点的执行逻辑,这些被调度的节点则成为”参与者’,协调者负责调度参与者的行为,并最终决定这些参与者是否要把事务真正进行提交。基于这个思想,就衍生出了二阶段提交和三阶段提交两种协议。

2PC

是计算机网路,尤其是数据库领域中,为了使基于分布式系统架构下的所有节点在进行事务处理过程中保持原子性和一致性而设计的一种算法,通常,2PC也被认为是一种一致性协议,用来保证分布式系统数据的一致性,目前,绝大部分的关系型数据库都是采用二阶段提交来完成事务处理的,利用该协议能够非常方便的完成所有事务参与者的协调,统一决定事务的提交和回滚,从来能够有效的保证分布式数据的一致性。

二阶段提交就是将事务的提交过程分为两个阶段来进行处理。

阶段一:提交事务请求

1.事务询问

协调者向所有的参与者发送事务内容,询问是否可以执行事务提交操作,并开始等待各参与者的响应。

2.执行事务

各参与者节点执行事务操作,并将Undo和Redo信息记入事务日志中

(Redo 用来保证事务的原子性和持久性,Undo 能保证事务的一致性,两者也是系统恢复的基础前提)

3.各个参与者向协调者反馈事务询问的响应

如果参与者成功执行了事务操作,那么久反馈给协调者success操作,表示事务可以执行;

如果参与者没有成功执行事务,就返回fail给协调者,表示事务不可以执行。

由于上面的内容在形式上近似是协调者组织各参与者对一次事务操作的投票表态过程,因此二阶段提交协议阶段一也被称为”投票阶段”,即各参与者投标表明是否要继续执行接下去的事务提交操作了。

其实阶段一主要是从执行的纬度来讲的,就是参与者进行执行,如果可以执行,并且没有任何问题,可以执行成功,没有报错抛出异常等,这其实就是在执行层面执行成功了,这个时候,参与者就可以向协调者做出响应,如果执行失败了,每个执行过程都会有相应的日志存储到Rndo 和 Undo中,用来进行回滚的操作

2PC阶段二:执行事务提交

在阶段二中,就会根据阶段一的投票结果来决定最终是否可以进行事务提交操作,正常情况下,包含两种操作可能:提交事务,中断事务。

提交事务步骤如下:

假如协调者所有的参与者获得的反馈都是success响应,那么就会执行事务提交

1.发送提交请求

协调者向所有参与者发出commit请求

2.事务提交

参与者收到commit请求后,会正式执行事务提交操作,并在完成提交之后释放整个事务执行期间占用的事务资源

3.反馈事务提交结果,这也就是ack

参与者完成事务提交之后,向协调者发送Ack信息

4.完成事务

协调者接收到所有参与者反馈的Ack信息后,完成事务。

中断事务步骤说明:

假如任何一个参与者向协调者反馈了fail响应,或者在等待超时之后,协调者尚且无法接收到所有参与者的反馈响应,那么就会中断事务

1.发送回滚请求

协调者向所有参与者发出Rollback请求

2.事务回滚

参与者接收到Rollback请求后,会利用其在阶段一中记录的日志信息来执行事务的回滚操作,并在完成回滚之后释放整个事务执行期间占用的资源。

3.反馈事务回滚结果:

参与者在完成事务回滚之后,向协调者发送Ack信息

4.协调者接收到所有参与者的反馈的Ack信息后,完成事务中断。

从二阶段提交协议中可以看出,二阶段提交呢主要就做了两件事情,投票和执行。

将一个事务的处理过程分为了两个阶段来执行,核心是对每个事务都采用先尝试后提交的处理方式,其他线程同步阻塞,从而保证其原子性和一致性,因此也可以把二阶段提交看成一个强一致性的算法。

2pc的优缺点

优点:

原理简单,实现方便

缺点:

同步阻塞,单点问题,数据不一致,过于保守

1.同步阻塞:

二阶段提交协议存在最明显也是最大的一个问题就是同步阻塞,在阶段提交过程中,所有参与该事务操作的逻辑都处于阻塞状态,也就是说,各个参与者在等待其他参与者响应的过程中,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。

2.单点问题:

协调者在整个二阶段提交过程中的很重要,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,无法进行运行下去,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,从而导致无法继续完成事务操作,因为没有释放资源,导致在这个过程中是很可怕的一件事情

3.数据不一致

其实这一点也比较好理解,数据不一致,如果阶段一都是成功的,阶段二,协调者向各个参与者进行发送commit请求,没有完全发完的时候,只发了一部分,这个时候,协调者出现了问题,导致一些已经commit了,释放了资源,有一些并没有,这个时候协调者已经到宕机了,这个时候,也不能安排中断事务进行事务的回滚,所以导致了数据不一致。这就是一种现象。

4.过去保守:

如果二阶段提交的询问阶段中,参与者出现故障而导致协调者始终无法获取到所有参与者的响应信息的话,这时协调者只能依靠其自身的超时机制来判断是否需要中断事务,显然,这种策略过于保守了。换句话来就是,二阶段提交协议没有设计较为完善的容错的机制,任意一个节点失败都会导致整个事务的失败。

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