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實戰(zhàn)！阿里神器 Seata 實現(xiàn) TCC模式 解決分布式事務(wù)，真香！
作者： 不才陳某 2022-01-12 10:02:02
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分布式 TCC(Try Confirm Cancel)方案是一種應(yīng)用層面侵入業(yè)務(wù)的兩階段提交。是目前最火的一種柔性事務(wù)方案，其核心思想是：針對每個操作，都要注冊一個與其對應(yīng)的確認和補償(撤銷)操作。
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本文轉(zhuǎn)載自微信公眾號「碼猿技術(shù)專欄」，作者不才陳某 。轉(zhuǎn)載本文請聯(lián)系碼猿技術(shù)專欄公眾號。
今天這篇文章介紹一下Seata如何實現(xiàn)TCC事務(wù)模式，文章目錄如下：
什么是TCC模式?
TCC(Try Confirm Cancel)方案是一種應(yīng)用層面侵入業(yè)務(wù)的兩階段提交。是目前最火的一種柔性事務(wù)方案，其核心思想是：針對每個操作，都要注冊一個與其對應(yīng)的確認和補償(撤銷)操作。
TCC分為兩個階段，分別如下：
- 第一階段：Try(嘗試)，主要是對業(yè)務(wù)系統(tǒng)做檢測及資源預(yù)留 (加鎖，鎖住資源)
- 第二階段：本階段根據(jù)第一階段的結(jié)果，決定是執(zhí)行confirm還是cancel
Confirm(確認)：執(zhí)行真正的業(yè)務(wù)(執(zhí)行業(yè)務(wù)，釋放鎖)
Cancle(取消)：是預(yù)留資源的取消(出問題，釋放鎖)
TCC
為了方便理解，下面以電商下單為例進行方案解析，這里把整個過程簡單分為扣減庫存，訂單創(chuàng)建 2 個步驟，庫存服務(wù)和訂單服務(wù)分別在不同的服務(wù)器節(jié)點上。
假設(shè)商品庫存為 100，購買數(shù)量為 2，這里檢查和更新庫存的同時，凍結(jié)用戶購買數(shù)量的庫存，同時創(chuàng)建訂單，訂單狀態(tài)為待確認。
①Try 階段
TCC 機制中的 Try 僅是一個初步操作，它和后續(xù)的確認一起才能真正構(gòu)成一個完整的業(yè)務(wù)邏輯，這個階段主要完成：
- 完成所有業(yè)務(wù)檢查( 一致性 ) 。
- 預(yù)留必須業(yè)務(wù)資源( 準隔離性 ) 。
- Try 嘗試執(zhí)行業(yè)務(wù)。
Try階段
②Confirm / Cancel 階段
根據(jù) Try 階段服務(wù)是否全部正常執(zhí)行，繼續(xù)執(zhí)行確認操作(Confirm)或取消操作(Cancel)。
Confirm 和 Cancel 操作滿足冪等性，如果 Confirm 或 Cancel 操作執(zhí)行失敗，將會不斷重試直到執(zhí)行完成。
Confirm：當 Try 階段服務(wù)全部正常執(zhí)行， 執(zhí)行確認業(yè)務(wù)邏輯操作，業(yè)務(wù)如下圖：
Try->Confirm
這里使用的資源一定是 Try 階段預(yù)留的業(yè)務(wù)資源。在 TCC 事務(wù)機制中認為，如果在 Try 階段能正常的預(yù)留資源，那 Confirm 一定能完整正確的提交。
Confirm 階段也可以看成是對 Try 階段的一個補充，Try+Confirm 一起組成了一個完整的業(yè)務(wù)邏輯。
Cancel：當 Try 階段存在服務(wù)執(zhí)行失敗， 進入 Cancel 階段，業(yè)務(wù)如下圖：
Try-Cancel
Cancel 取消執(zhí)行，釋放 Try 階段預(yù)留的業(yè)務(wù)資源，上面的例子中，Cancel 操作會把凍結(jié)的庫存釋放，并更新訂單狀態(tài)為取消。
以上便是TCC模式的全部概念，這部分內(nèi)容在陳某之前的文章也是詳細的介紹過：對比7種分布式事務(wù)方案，還是偏愛阿里開源的Seata，真香!(原理+實戰(zhàn))
TCC模式的三種類型?
業(yè)內(nèi)實際生產(chǎn)中對TCC模式進行了擴展，總結(jié)出了如下三種類型，其實從官方的定義中無此說法，不過是企業(yè)生產(chǎn)中根據(jù)實際的需求衍生出來的三種方案。
1、通用型 TCC 解決方案
通用型TCC解決方案是最經(jīng)典的TCC事務(wù)模型的實現(xiàn)，正如第一節(jié)介紹的模型，所有的從業(yè)務(wù)都參與到主業(yè)務(wù)的決策中。
通用型TCC
適用場景：
由于從業(yè)務(wù)服務(wù)是同步調(diào)用，其結(jié)果會影響到主業(yè)務(wù)服務(wù)的決策，因此通用型 TCC 分布式事務(wù)解決方案適用于執(zhí)行時間確定且較短的業(yè)務(wù)，比如電商系統(tǒng)的三個核心服務(wù)：訂單服務(wù)、賬戶服務(wù)、庫存服務(wù)。
這個三個服務(wù)要么同時成功，要么同時失敗。
當庫存服務(wù)、賬戶服務(wù)的第二階段調(diào)用完成后，整個分布式事務(wù)完成。
2、異步確保型 TCC 解決方案
異步確保型 TCC 解決方案的直接從業(yè)務(wù)服務(wù)是可靠消息服務(wù)，而真正的從業(yè)務(wù)服務(wù)則通過消息服務(wù)解耦，作為消息服務(wù)的消費端，異步地執(zhí)行。
異步確保型
可靠消息服務(wù)需要提供 Try，Confirm，Cancel 三個接口。Try 接口預(yù)發(fā)送，只負責(zé)持久化存儲消息數(shù)據(jù);Confirm 接口確認發(fā)送，這時才開始真正的投遞消息;Cancel 接口取消發(fā)送，刪除消息數(shù)據(jù)。
消息服務(wù)的消息數(shù)據(jù)獨立存儲，獨立伸縮，降低從業(yè)務(wù)服務(wù)與消息系統(tǒng)間的耦合，在消息服務(wù)可靠的前提下，實現(xiàn)分布式事務(wù)的最終一致性。
此解決方案雖然增加了消息服務(wù)的維護成本，但由于消息服務(wù)代替從業(yè)務(wù)服務(wù)實現(xiàn)了 TCC 接口，從業(yè)務(wù)服務(wù)不需要任何改造，接入成本非常低。
適用場景：
由于從業(yè)務(wù)服務(wù)消費消息是一個異步的過程，執(zhí)行時間不確定，可能會導(dǎo)致不一致時間窗口增加。因此，異步確保性 TCC 分布式事務(wù)解決方案只適用于對最終一致性時間敏感度較低的一些被動型業(yè)務(wù)(從業(yè)務(wù)服務(wù)的處理結(jié)果不影響主業(yè)務(wù)服務(wù)的決策，只被動的接收主業(yè)務(wù)服務(wù)的決策結(jié)果)。比如會員注冊服務(wù)和郵件發(fā)送服務(wù)：
3、補償型 TCC 解決方案
補償型 TCC 解決方案與通用型 TCC 解決方案的結(jié)構(gòu)相似，其從業(yè)務(wù)服務(wù)也需要參與到主業(yè)務(wù)服務(wù)的活動決策當中。但不一樣的是，前者的從業(yè)務(wù)服務(wù)只需要提供 Do 和 Compensate 兩個接口，而后者需要提供三個接口。
Do 接口直接執(zhí)行真正的完整業(yè)務(wù)邏輯，完成業(yè)務(wù)處理，業(yè)務(wù)執(zhí)行結(jié)果外部可見;Compensate 操作用于業(yè)務(wù)補償，抵消或部分抵消正向業(yè)務(wù)操作的業(yè)務(wù)結(jié)果，Compensate操作需滿足冪等性。
與通用型解決方案相比，補償型解決方案的從業(yè)務(wù)服務(wù)不需要改造原有業(yè)務(wù)邏輯，只需要額外增加一個補償回滾邏輯即可，業(yè)務(wù)改造量較小。但要注意的是，業(yè)務(wù)在一階段就執(zhí)行完整個業(yè)務(wù)邏輯，無法做到有效的事務(wù)隔離，當需要回滾時，可能存在補償失敗的情況，還需要額外的異常處理機制，比如人工介入。
適用場景：
由于存在回滾補償失敗的情況，補償型 TCC 分布式事務(wù)解決方案只適用于一些并發(fā)沖突較少或者需要與外部交互的業(yè)務(wù)，這些外部業(yè)務(wù)不屬于被動型業(yè)務(wù)，其執(zhí)行結(jié)果會影響主業(yè)務(wù)服務(wù)的決策。
以上部分內(nèi)容參考自：https://seata.io/zh-cn/blog/tcc-mode-applicable-scenario-analysis.html?utm_source=gold_browser_extension
TCC事務(wù)模式的落地實現(xiàn)
在前面文章中介紹了Seata的AT模式，有不清楚的可以看：對比7種分布式事務(wù)方案，還是偏愛阿里開源的Seata，真香!(原理+實戰(zhàn))
當然Seata支持的事務(wù)模式不局限于AT模式，還有TCC模式、SAGA模式、XA模式，下面整合一下TCC模式。
1、演示場景
就以電商系統(tǒng)中下訂單為例，為了演示，直接去掉賬戶服務(wù)，以訂單服務(wù)、庫存服務(wù)為例介紹。
具體的邏輯如下：
- 客戶端調(diào)用下訂單接口
- 扣庫存
- 創(chuàng)建訂單
- 請求完成
根據(jù)上面的邏輯可知，訂單服務(wù)肯定是主業(yè)務(wù)服務(wù)，事務(wù)的發(fā)起方，庫存服務(wù)是從業(yè)務(wù)服務(wù)，參與事務(wù)的決策。
Seata的AT模式解決方案偽代碼如下：
- @GlobalTransactional
- public Result
createOrder(Long productId,Long num,.....){ - //1、扣庫存
- reduceStorage();
- //2、創(chuàng)建訂單
- saveOrder();
- }
@GlobalTransactional這個注解用于發(fā)起一個全局事務(wù)。
但是AT模式有局限性，如下：
- 性能低，鎖定資源時間太長
- 無法解決跨應(yīng)用的事務(wù)
因此對于要求性能的下單接口，可以考慮使用TCC模式進行拆分成兩階段執(zhí)行，這樣整個流程鎖定資源的時間將會變短，性能也能提高。
此時的TCC模式的拆分如下：
1）、一階段的Try操作
TCC模式中的Try階段其實就是預(yù)留資源，在這個過程中可以將需要的商品數(shù)量的庫存凍結(jié)，這樣就要在庫存表中維護一個凍結(jié)的庫存這個字段。
偽代碼如下：
- @Transactional
- public boolean try(){
- //凍結(jié)庫存
- frozenStorage();
- //生成訂單，狀態(tài)為待確認
- saveOrder();
- }
- “
注意：@Transactional開啟了本地事務(wù)，只要出現(xiàn)了異常，本地事務(wù)將會回滾，同時執(zhí)行第二階段的cancel操作。
2）、二階段的confirm操作
confirm操作在一階段try操作成功之后提交事務(wù)，涉及到的操作如下：
- 釋放try操作凍結(jié)的庫存(凍結(jié)庫存-購買數(shù)量)
- 生成訂單
偽代碼如下：
- @Transactional
- public boolean confirm(){
- //釋放掉try操作預(yù)留的庫存
- cleanFrozen();
- //修改訂單，狀態(tài)為已完成
- updateOrder();
- return true;
- }
注意：這里如果返回false，遵循TCC規(guī)范，應(yīng)該要不斷重試，直到confirm完成。
3）、二階段的cancel操作
cancel操作在一階段try操作出現(xiàn)異常之后執(zhí)行，用于回滾資源，涉及到的操作如下：
- 恢復(fù)凍結(jié)的庫存(凍結(jié)庫存-購買數(shù)量、庫存+購買數(shù)量)
- 刪除訂單
偽代碼如下：
- @Transactional
- public boolean cancel(){
- //釋放掉try操作預(yù)留的庫存
- rollbackFrozen();
- //修改訂單，狀態(tài)為已完成
- delOrder();
- return true;
- }
注意：這里如果返回false，遵循TCC規(guī)范，應(yīng)該要不斷重試，直到cancel完成。
2、TCC事務(wù)模型的三個異常
實現(xiàn)TCC事務(wù)模型涉及到的三個異常是不可避免的，實際生產(chǎn)中必須要規(guī)避這三大異常。
1）、空回滾
定義：在未調(diào)用try方法或try方法未執(zhí)行成功的情況下，就執(zhí)行了cancel方法進行了回滾。
怎么理解呢?未調(diào)用try方法就執(zhí)行了cancel方法，這個很容易理解，既然沒有預(yù)留資源，那么肯定是不能回滾。
try方法未執(zhí)行成功是什么意思?
可以看上節(jié)中的第一階段try方法的偽代碼，由于try方法開啟了本地事務(wù)，一旦try方法執(zhí)行過程中出現(xiàn)了異常，將會導(dǎo)致try方法的本地事務(wù)回滾(注意這里不是cancel方法回滾，而是try方法的本地事務(wù)回滾)，這樣其實try方法中的所有操作都將會回滾，也就沒有必要調(diào)用cancel方法。
但是實際上一旦try方法拋出了異常，那么必定是要調(diào)用cancel方法進行回滾，這樣就導(dǎo)致了空回滾。
解決方案：
解決邏輯很簡單：在cancel方法執(zhí)行操作之前，必須要知道try方法是否執(zhí)行成功。
2）、冪等性
TCC模式定義中提到：如果confirm或者cancel方法執(zhí)行失敗，要一直重試直到成功。
這里就涉及了冪等性，confirm和cancel方法必須保證同一個全局事務(wù)中的冪等性。
解決方案：
解決邏輯很簡單：對付冪等，自然是要利用冪等標識進行防重操作。
3）、懸掛
事務(wù)協(xié)調(diào)器在調(diào)用 TCC 服務(wù)的一階段 Try 操作時，可能會出現(xiàn)因網(wǎng)絡(luò)擁堵而導(dǎo)致的超時，此時事務(wù)管理器會觸發(fā)二階段回滾，調(diào)用 TCC 服務(wù)的 Cancel 操作，Cancel 調(diào)用未超時;
在此之后，擁堵在網(wǎng)絡(luò)上的一階段 Try 數(shù)據(jù)包被 TCC 服務(wù)收到，出現(xiàn)了二階段 Cancel 請求比一階段 Try 請求先執(zhí)行的情況，此 TCC 服務(wù)在執(zhí)行晚到的 Try 之后，將永遠不會再收到二階段的 Confirm 或者 Cancel ，造成 TCC 服務(wù)懸掛。
解決方案：
解決邏輯很簡單：在執(zhí)行try方法操作資源之前判斷cancel方法是否已經(jīng)執(zhí)行;同樣的在cancel方法執(zhí)行后要記錄執(zhí)行的狀態(tài)。
4）、總結(jié)
針對以上三個異常，落地的解決方案很多，比如維護一個事務(wù)狀態(tài)表，每個事務(wù)的執(zhí)行階段全部記錄下來。
- 冪等：在執(zhí)行confirm或者cancel之前根據(jù)事務(wù)狀態(tài)表查詢當前全局事務(wù)是否已經(jīng)執(zhí)行過confirm或者cancel方法
- 空回滾：在執(zhí)行cancel之前才能根據(jù)事務(wù)狀態(tài)表查詢當前全局事務(wù)是否已經(jīng)執(zhí)行成功try方法
- 懸掛：在執(zhí)行try方法之前，根據(jù)事務(wù)狀態(tài)表查詢當前全局事務(wù)是否已經(jīng)執(zhí)行過cancel方法
Seata整合TCC實現(xiàn)
關(guān)于如何搭建項目、添加依賴這里就不再細說了，不熟悉的可以看我之前的文章：對比7種分布式事務(wù)方案，還是偏愛阿里開源的Seata，真香!(原理+實戰(zhàn))
本節(jié)只介紹關(guān)鍵代碼，畢竟篇幅有限，其他部分請自行下載源碼。
源碼目錄如下：
源碼目錄
項目啟動所需要的相關(guān)文件如下圖：
nacos目錄中的SEATA_GROUP是Seata事務(wù)服務(wù)端和客戶端所需要的相關(guān)配置，直接導(dǎo)入nacos即可。
seata目錄中的conf是1.3.0版本服務(wù)端的配置
SQL目錄是相關(guān)的幾個數(shù)據(jù)庫。
1、TCC接口定義
在order-boot模塊創(chuàng)建OrderTccService，代碼如下：
代碼中注釋已經(jīng)很完整了，下面挑幾個重點介紹一下：
- @LocalTCC：該注解開啟TCC事務(wù)
- @TwoPhaseBusinessAction：該注解標注在try方法上，其中的三個屬性如下：
- name：TCC事務(wù)的名稱，必須是唯一的
- commitMethod：confirm方法的名稱，默認是commit
- rollbackMethod：cancel方法的名稱，，默認是rollback
- confirm和cancel的返回值尤為重要，返回false則會不斷的重試。
2、TCC接口實現(xiàn)
定義有了，總要實現(xiàn)，如下：
1）、try方法
try方法
①處的代碼是為了防止懸掛異常，從事務(wù)日志表中獲取全局事務(wù)ID的狀態(tài)，如果是cancel狀態(tài)則不執(zhí)行。
②處的代碼凍結(jié)庫存
③處的代碼生成訂單，狀態(tài)為待確認
④處的代碼向冪等工具類中添加一個標記，key為當前類和全局事務(wù)ID，value為當前時間戳。
注意：必須要開啟本地事務(wù)，如上代碼使用@Transactional開啟本地事務(wù)
2）、confirm方法
confirm方法
①處的代碼從冪等工具類中根據(jù)當前類和全局事務(wù)ID獲取值，由于try階段執(zhí)行成功會向其中添加值，confirm方法執(zhí)行成功會移出這個值，因此在confirm開頭判斷這個值是否存在就起到了冪等效果，防止重試的效果。
⑥處的代碼從冪等工具類中移出try方法中添加的值。
②處的代碼是從BusinessActionContext中獲取try方法中的入?yún)ⅰ?/p>
③處的代碼是釋放掉凍結(jié)的庫存
④處的代碼是修改訂單的狀態(tài)為已完成。
注意：1. 開啟本地事務(wù) 2. 注意返回值，返回false時將會重試
3）、cancel方法
cancel方法
①處的代碼是向事務(wù)日志記錄表中插入一條數(shù)據(jù)，標記當前事務(wù)進入cancel方法，用來防止懸掛，這個和try方法中的①處的代碼相呼應(yīng)。
②處的代碼是為了防止冪等和空回滾，因為只有當try方法中執(zhí)行成功冪等工具類中對應(yīng)的當前類和全局事務(wù)ID才會存儲該值。這樣既防止了冪等，也防止了空回滾。
③處的代碼恢復(fù)凍結(jié)的庫存。
④處的代碼刪除這筆訂單
⑤處的代碼是移出冪等工具類當前類和全局事務(wù)ID對應(yīng)的值。
3、如何防止TCC模型的三個異常?
實現(xiàn)方法有很多，有些案例是全部使用事務(wù)日志表記錄當前的狀態(tài)，這樣完美的解決了冪等、空回滾、懸掛的問題。
陳某這里為了方便，使用了兩種方案，如下：
1）、冪等、空回滾
使用了一個冪等工具類，其中是個Map，key為當前類和全局事務(wù)ID，value是時間戳。
代碼如下：
思路如下：
- 在try方法最后使用冪等工具類中的add方法添加值
- 在confirm、cancel方法中使用冪等工具類中的remove方法移出值
- 在confirm、cancel方法中使用冪等工具類中g(shù)et方法獲取值，如果為空，則表示已經(jīng)執(zhí)行過了，直接返回true，這樣既防止了冪等，也防止了空回滾。
2、懸掛
懸掛的實現(xiàn)依靠的是事務(wù)日志表，表結(jié)構(gòu)如下：
- CREATE TABLE `transactional_record` (
- `id` bigint(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT,
- `xid` varchar(100) NOT NULL,
- `status` int(1) DEFAULT NULL COMMENT '1. try 2 commit 3 cancel ',
- PRIMARY KEY (`id`) USING BTREE
- ) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8mb4;
其中的xid是全局事務(wù)ID，status是事務(wù)的狀態(tài)。
其他的字段自己可以擴展
解決懸掛問題的邏輯如下：
- cancel方法中將當前全局事務(wù)ID記錄到事務(wù)日志表中，狀態(tài)為cancel
- try方法執(zhí)行資源操作前檢查事務(wù)日志表中當前全局事務(wù)ID是否已經(jīng)是cancel狀態(tài)
4、創(chuàng)建訂單的業(yè)務(wù)方法
上面只是完成了TCC的三個方法，主業(yè)務(wù)事務(wù)發(fā)起方還未提供，代碼如下：
@GlobalTransactional這個注解開啟了全局事務(wù)，是事務(wù)的發(fā)起方。
內(nèi)部直接調(diào)用的TCC的try方法。
5、其他的配置
以上只是列出了關(guān)鍵的步驟，剩余其他的配置自己根據(jù)案例源碼完善，如下：
- 接口測試
- 整合nacos
- 整合feign
- 整合seata，TCC模式中的配置和AT模式的Seata配置相同
注意：一定要配置Seata的事務(wù)組tx-service-group，配置方法見之前的文章。
6、總結(jié)
TCC事務(wù)模型相對來說比較簡單的一種，有興趣的可以下載源碼試試。
本文標題：實戰(zhàn)！阿里神器Seata實現(xiàn)TCC模式解決分布式事務(wù)，真香！
本文URL：http://fisionsoft.com.cn/article/cdesoih.html
