如何实现一个TCC分布式事务框架的一点思考

一个TCC事务框架需要解决的当然是分布式事务管理。关于TCC事务机制的介绍,可以参考TCC事务机制简介。 TCC事务模型虽然说起来简单,然而要基于TCC实现一个通用的分布式事务框架,却比它看上去要复杂的多,不只是简单的调用一下Confirm/Cancel业务就可以了的。

本文将以Spring容器为例,试图分析一下,实现一个通用的TCC分布式事务框架需要注意的一些问题。

一、TCC全局事务必须基于RM本地事务来实现全局事务

TCC服务是由Try/Confirm/Cancel业务构成的, 其Try/Confirm/Cancel业务在执行时,会访问资源管理器(Resource Manager,下文简称RM)来存取数据。这些存取操作,必须要参与RM本地事务,以使其更改的数据要么都commit,要么都rollback。

这一点不难理解,考虑一下如下场景:

如何实现一个TCC分布式事务框架的一点思考

假设图中的服务B没有基于RM本地事务(以RDBS为例,可通过设置auto-commit为true来模拟),那么一旦[B:Try]操作中途执行失败,TCC事务框架后续决定回滚全局事务时,该[B:Cancel]则需要判断[B:Try]中哪些操作已经写到DB、哪些操作还没有写到DB:假设[B:Try]业务有5个写库操作,[B:Cancel]业务则需要逐个判断这5个操作是否生效,并将生效的操作执行反向操作。 不幸的是,由于[B:Cancel]业务也有n(0<=n<=5)个反向的写库操作,此时一旦[B:Cancel]也中途出错,则后续的[B:Cancel]执行任务更加繁重。因为,相比第一次[B:Cancel]操作,后续的[B:Cancel]操作还需要判断先前的[B:Cancel]操作的n(0<=n<=5)个写库中哪几个已经执行、哪几个还没有执行,这就涉及到了幂等性问题。而对幂等性的保障,又很可能还需要涉及额外的写库操作,该写库操作又会因为没有RM本地事务的支持而存在类似问题。。。可想而知,如果不基于RM本地事务,TCC事务框架是无法有效的管理TCC全局事务的。

反之,基于RM本地事务的TCC事务,这种情况则会很容易处理:[B:Try]操作中途执行失败,TCC事务框架将其参与RM本地事务直接rollback即可。后续TCC事务框架决定回滚全局事务时,在知道“[B:Try]操作涉及的RM本地事务已经rollback”的情况下,根本无需执行[B:Cancel]操作。

换句话说,基于RM本地事务实现TCC事务框架时,一个TCC型服务的cancel业务要么执行,要么不执行,不需要考虑部分执行的情况。

二、TCC事务框架应该接管Spring容器的TransactionManager

基于RM本地事务的TCC事务框架,可以将各Try/Confirm/Cancel业务看着一个原子服务:一个RM本地事务提交,参与该RM本地事务的所有Try/Confirm/Cancel业务操作都生效;反之,则都不生效。掌握每个RM本地事务的状态以及它们与Try/Confirm/Cancel业务方法之间的对应关系,以此为基础,TCC事务框架才能有效的构建TCC全局事务。

TCC服务的Try/Confirm/Cancel业务方法在RM上的数据存取操作,其RM本地事务是由Spring容器的PlatformTransactionManager来commit/rollback的,TCC事务框架想要了解RM本地事务的状态,只能通过接管Spring的事务管理器功能。

2.1. 为什么TCC事务框架需要掌握RM本地事务的状态?首先,根据TCC机制的定义,TCC事务是通过执行Cancel业务来达到回滚效果的。仔细分析一下,这里暗含一个事实: 只有生效的Try业务操作才需要执行对应的Cancel业务操作。换句话说,只有Try业务操作所参与的RM本地事务被commit了,后续TCC全局事务回滚时才需要执行其对应的Cancel业务操作;否则,如果Try业务操作所参与的RM本地事务被rollback了,后续TCC全局事务回滚时就不能执行其Cancel业务,此时若盲目执行Cancel业务反而会导致数据不一致。

其次,Confirm/Cancel业务操作必须保证生效。Confirm/Cancel业务操作也会涉及RM数据存取操作,其参与的RM本地事务也必须被commit。TCC事务框架需要在确切的知道所有Confirm/Cancel业务操作参与的RM本地事务都被成功commit后,才能将标记该TCC全局事务为完成。如果TCC事务框架误判了Confirm/Cancel业务参与RM本地事务的状态,就会造成全局事务不一致。

最后,未完成的TCC全局,TCC事务框架必须重新尝试提交/回滚操作。重试时会再次调用各TCC服务的Confirm/Cancel业务操作。如果某个服务的Confirm/Cancel业务之前已经生效(其参与的RM本地事务已经提交),重试时就不应该再次被调用。否则,其Confirm/Cancel业务被多次调用,就会有“服务幂等性”的问题。

2.2. 拦截TCC服务的Try/Confirm/Cancel业务方法的执行,根据其异常信息可否知道其RM本地事务是否commit/rollback了呢?基本上很难做到。为什么这么说呢? 第一,事务是可以在多个(本地/远程)服务之间互相传播其事务上下文的,一个业务方法(Try/Confirm/Cancel)执行完毕并不一定会触发当前事务的commit/rollback操作。比如,被传播事务上下文的业务方法,在它开始执行时,容器并不会为其创建新的事务,而是它的调用方参与的事务,使得二者操作在同一个事务中;同样,在它执行完毕时,容器也不会提交/回滚它参与的事务的。因此,这类业务方法上的异常情况并不能反映他们是否生效。不接管Spring的TransactionManager,就无法了解事务于何时被创建,也无法了解它于何时被提交/回滚。 第二、一个业务方法可能会包含多个RM本地事务的情况。比如: A(REQUIRED)->B(REQUIRES_NEW)->C(REQUIRED),这种情况下,A服务所参与的RM本地事务被提交时,B服务和C服务参与的RM本地事务则可能会被回滚。 第三、并不是抛出了异常的业务方法,其参与的事务就回滚了。Spring容器的声明式事务定义了两类异常,其事务完成方向都不一样:系统异常(一般为Unchecked异常,默认事务完成方向是rollback)、应用异常(一般为Checked异常,默认事务完成方向是commit)。二者的事务完成方向又可以通过@Transactional配置显式的指定,如rollbackFor/noRollbackFor等。 第四、Spring容器还支持使用setRollbackOnly的方式显式的控制事务完成方向; 最后、自行拦截业务方法的拦截器和Spring的事务处理的拦截器还会存在执行先后、拦截范围不同等问题。例如,如果自行拦截器执行在前,就会出现业务方法虽然已经执行完毕但此时其参与的RM本地事务还没有commit/rollback。

TCC事务框架的定位应该是一个TransactionManager,其职责是负责commit/rollback事务。而一个事务应该commit、还是rollback,则应该是由Spring容器来决定的:Spring决定提交事务时,会调用TransactionManager来完成commit操作;Spring决定回滚事务时,会调用TransactionManager来完成rollback操作。

接管Spring容器的TransactionManager,TCC事务框架可以明确的得到Spring的事务性指令,并管理Spring容器中各服务的RM本地事务。否则,如果通过自行拦截的机制,则使得业务系统存在TCC事务处理、RM本地事务处理两套事务处理逻辑,二者互不通信,各行其是。这种情况下要协调TCC全局事务,基本上可以说是缘木求鱼,本地事务尚且无法管理,更何谈管理分布式事务?

三、TCC事务框架应该具备故障恢复机制

一个TCC事务框架,若是没有故障恢复的保障,是不成其为分布式事务框架的。

分布式事务管理框架的职责,不是做出全局事务提交/回滚的指令,而是管理全局事务提交/回滚的过程。它需要能够协调多个RM资源、多个节点的分支事务,保证它们按全局事务的完成方向各自完成自己的分支事务。这一点,是不容易做到的。因为,实际应用中,会有各种故障出现,很多都会造成事务的中断,从而使得统一提交/回滚全局事务的目标不能达到,甚至出现”一部分分支事务已经提交,而另一部分分支事务则已回滚”的情况。比较常见的故障,比如:业务系统服务器宕机、重启;数据库服务器宕机、重启;网络故障;断电等。这些故障可能单独发生,也可能会同时发生。作为分布式事务框架,应该具备相应的故障恢复机制,无视这些故障的影响是不负责任的做法。

一个完整的分布式事务框架,应该保障即使在最严苛的条件下也能保证全局事务的一致性,而不是只能在最理想的环境下才能提供这种保障。退一步说,如果能有所谓“理想的环境”,那也无需使用分布式事务了。

TCC事务框架要支持故障恢复,就必须记录相应的事务日志。事务日志是故障恢复的基础和前提,它记录了事务的各项数据。TCC事务框架做故障恢复时,可以根据事务日志的数据将中断的事务恢复至正确的状态,并在此基础上继续执行先前未完成的提交/回滚操作。

四、TCC事务框架应该提供Confirm/Cancel服务的幂等性保障

一般认为,服务的幂等性,是指针对同一个服务的多次(n>1)请求和对它的单次(n=1)请求,二者具有相同的副作用。

在TCC事务模型中,Confirm/Cancel业务可能会被重复调用,其原因很多。比如,全局事务在提交/回滚时会调用各TCC服务的Confirm/Cancel业务逻辑。执行这些Confirm/Cancel业务时,可能会出现如网络中断的故障而使得全局事务不能完成。因此,故障恢复机制后续仍然会重新提交/回滚这些未完成的全局事务,这样就会再次调用参与该全局事务的各TCC服务的Confirm/Cancel业务逻辑。

既然Confirm/Cancel业务可能会被多次调用,就需要保障其幂等性。 那么,应该由TCC事务框架来提供幂等性保障?还是应该由业务系统自行来保障幂等性呢? 个人认为,应该是由TCC事务框架来提供幂等性保障。如果仅仅只是极个别服务存在这个问题的话,那么由业务系统来负责也是可以的;然而,这是一类公共问题,毫无疑问,所有TCC服务的Confirm/Cancel业务存在幂等性问题。TCC服务的公共问题应该由TCC事务框架来解决;而且,考虑一下由业务系统来负责幂等性需要考虑的问题,就会发现,这无疑增大了业务系统的复杂度。

五、TCC事务框架不能盲目的依赖Cancel业务来回滚事务

前文以及提到过,TCC事务通过Cancel业务来对Try业务进行回撤的机制暗含了一个事实:Try操作已经生效。也就是说,只有Try操作所参与的RM本地事务已经提交的情况下,才需要执行其Cancel操作进行回撤。没有执行、或者执行了但是其RM本地事务被rollback的Try业务,是一定不能执行其Cancel业务进行回撤的。因此,TCC事务框架在全局事务回滚时,应该根据TCC服务的Try业务的执行情况选择合适的处理机制。而不能盲目的执行Cancel业务,否则就会导致数据不一致。

一个TCC服务的Try操作是否生效,这是TCC事务框架应该知道的,因为其Try业务所参与的RM事务也是由TCC事务框架所commit/rollbac的(前提是TCC事务框架接管了Spring的事务管理器)。所以,TCC事务回滚时,TCC事务框架可考虑如下处理策略: 1)如果TCC事务框架发现某个服务的Try操作的本地事务尚未提交,应该直接将其回滚,而后就不必再执行该服务的cancel业务; 2)如果TCC事务框架发现某个服务的Try操作的本地事务已经回滚,则不必再执行该服务的cancel业务; 3)如果TCC事务框架发现某个服务的Try操作尚未被执行过,那么,也不必再执行该服务的cancel业务。

总之,TCC事务框架应该保障: 1)已生效的Try操作应该被其Cancel操作所回撤; 2)尚未生效的Try操作,则不应该执行其Cancel操作。这一点,不是幂等性所能解决的问题。如上文所述,幂等性是指服务被执行一次和被执行n(n>0)次所产生的影响相同。但是,未被执行和被执行过,二者效果肯定是不一样的,这不属于幂等性的范畴。

六、Cancel业务与Try业务并行,甚至先于Try操作完成

这应该算TCC事务机制特有的一个不可思议的陷阱。一般来说,一个特定的TCC服务,其Try操作的执行,是应该在其Confirm/Cancel操作之前的。Try操作执行完毕之后,Spring容器再根据Try操作的执行情况,指示TCC事务框架提交/回滚全局事务。然后,TCC事务框架再去逐个调用各TCC服务的Confirm/Cancel操作。

然而,超时、网络故障、服务器的重启等故障的存在,使得这个顺序会被打乱。比如:

如何实现一个TCC分布式事务框架的一点思考

上图中,假设[B:Try]操作执行过程中,网络闪断,[A:Try]会收到一个RPC远程调用异常。A不处理该异常,导致全局事务决定回滚,TCC事务框架就会去调用[B:Cancel],而此刻A、B之间网络刚好已经恢复。如果[B:Try]操作耗时较长(网络阻塞/数据库操作阻塞),就会出现[B:Try]和[B:Cancel]二者并行处理的现象,甚至[B:Cancel]先完成的现象。

这种情况下,由于[B:Cancel]执行时,[B:Try]尚未生效(其RM本地事务尚未提交),因此,[B:Cancel]是不能执行的,至少是不能生效(执行了其RM本地事务也要rollback)的。然而,当 [B:Cancel]处理完毕(跳过执行、或者执行后rollback其RM本地事务)后,[B:Try]操作完成又生效了(其RM本地事务成功提交),这就会使得[B:Cancel]虽然提供了,但却没有起到回撤[B:Try]的作用,导致数据的不一致。

所以,TCC框架在这种情况下,需要: 1)将[B:Try]的本地事务标注为rollbackOnly,阻止其后续生效; 2)禁止其再次将事务上下文传递给其他远程分支,否则该问题将在其他分支上出现; 3)相应地,[B:Cancel]也不必执行,至少不能生效。

当然,TCC事务框架也可以简单的选择阻塞[B:Cancel]的处理,待[B:Try]执行完毕后,再根据它的执行情况判断是否需要执行[B:Cancel]。不过,这种处理方式因为需要等待,所以,处理效率上会有所不及。

同样的情况也会出现在confirm业务上,只不过,发生在Confirm业务上的处理逻辑与发生在Cancel业务上的处理逻辑会不一样,TCC框架必须保证: 1)Confirm业务在Try业务之后执行,若发现并行,则只能阻塞相应的Confirm业务操作; 2)在进入Confirm执行阶段之后,也不可以再提交同一全局事务内的新的Try操作的RM本地事务。

七、TCC服务复用性是不是相对较差?

TCC事务机制的定义,决定了一个服务需要提供三个业务实现:Try业务、Confirm业务、Cancel业务。可能会有人因此认为TCC服务的复用性较差。怎么说呢,要是将 Try/Confirm/Cancel业务逻辑单独拿出来复用,其复用性当然是不好的,Try/Confirm/Cancel 逻辑作为TCC型服务中的一部分,是不能单独作为一个组件来复用的。Try、Confirm、Cancel业务共同才构成一个组件,如果要复用,应该是复用整个TCC服务组件,而不是单独的Try/Confirm/Cancel业务。

八、TCC服务是否需要对外暴露三个服务接口?")**八、TCC服务是否需要对外暴露三个服务接口?

不需要。TCC服务与普通的服务一样,只需要暴露一个接口,也就是它的Try业务。Confirm/Cancel业务逻辑,只是因为全局事务提交/回滚的需要才提供的,因此Confirm/Cancel业务只需要被TCC事务框架发现即可,不需要被调用它的其他业务服务所感知。

换句话说,业务系统的其他服务在需要调用TCC服务时,根本不需要知道它是否为TCC型服务。因为,TCC服务能被其他业务服务调用的也仅仅是其Try业务,Confirm/Cancel业务是不能被其他业务服务直接调用的。

九、TCC服务A的Confirm/Cancel业务中能否调用它依赖的TCC服务B的Confirm/Cancel业务?

最好是不要这样做。首先,没有必要。TCC服务A依赖TCC服务B,那么[A:Try]已经将事务上下文传播给[B:Try]了,后续由TCC事务框架来调用各自的Confirm/Cancel业务即可;其次,Confirm/Cancel业务如果被允许调用其他服务,那么它就有可能再次发起新的TCC全局事务。如此递归下去,将会导致全局事务关系混乱且不可控。

TCC全局事务,应该尽量在Try操作阶段传播事务上下文。Confirm/Cancel操作阶段仅需要完成各自Try业务操作的确认操作/补偿操作即可,不适合再做远程调用,更不能再对外传播事务上下文。

综上所述,本文倾向于认为,实现一个通用的TCC分布式事务管理框架,还是相对比较复杂的。一般业务系统如果需要使用TCC事务机制,并不推荐自行设计实现。 这里,给大家推荐一款开源的TCC分布式事务管理器 ByteTCC 。ByteTCC基于Try/Confirm/Cancel机制实现,可与Spring容器无缝集成,兼容Spring的声明式事务管理。提供对dubbo框架、Spring Cloud的开箱即用的支持,可满足多数据源、跨应用、跨服务器等各种分布式事务场景的需求

原文 

https://juejin.im/post/5be0f0fd51882517165d7b88

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