原创

分布式基础(十二)——分布式理论之分布式事务:3PC

一、简介

二阶段协议中,事务参与者在投票阶段,如果同意提交事务,则会锁定资源,此时任何其他访问该资源的请求将处于阻塞状态。

正因为这个原因,三阶段协议(Three-phase commit protocol, 3PC)对二阶段协议进行了改进:

  • 一方面引入超时机制,解决资源阻塞问题;
  • 另一方面新增一个询问阶段(CanCommit),提前确认下各个参与者的状态是否正常。


二、协议详解

我们先来看下三阶段提交协议的成功场景:



2.1 询问阶段(CanCommit)

询问阶段,事务协调者向事务参与者发送 CanCommit 请求,参与者如果可以提交就返回 Yes 响应,否则返回 No 响应。这样的话,询问阶段就可以确保尽早的发现无法执行操作的参与者节点,提升效率。该阶段参与者也不会取锁定资源。

  1. 事务协调者发送事务询问指令(canCommit),询问事务参与者是否可以提交事务;
  2. 参与者如果可以提交就返回 Yes 响应,否则返回 No 响应,不需要做真正的操作。

对于事务协调者,如果询问阶段有任一参与者返回NO或超时,则协调者向所有参与者发送abort指令
对于返回NO的参与者,如果在指定时间内无法收到协调者的abort指令,则自动中止事务。

2.2 准备阶段(PreCommit)

事务协调者根据事务参与者在询问阶段的响应,判断是执行事务还是中断事务:

  1. 如果询问阶段所有参与者都返回YES,则协调者向参与者们发送预执行指令(preCommit),参与者接受到preCommit指令后,写redo和undo日志,执行事务操作,占用资源,但是不会提交事务;
  2. 参与者响应事务操作结果,并等待最终指令:提交(doCommit)中止(abort)

2.3 提交阶段(DoCommit)

  1. 如果每个参与者在准备阶段都返回ACK确认(即事务执行成功),则协调者向参与者发起提交指令(doCommit),参与者收到指令后提交事务,并释放锁定的资源,最后响应ACK;
  2. 如果任意一个参与者在准备阶段返回NO(即执行事务操作失败),或者协调者在指定时间没收到全部的ACK响应,就会发起中止(abort)指令,参与者取消已经变更的事务,执行undo日志,释放锁定的资源。

当参与者响应ACK后,即使在指定时间内没收到doCommit指令,也会进行事务的最终提交;
一旦进入提交阶段,即使因为网络原因导致参与者无法收到协调者的doCommit或Abort请求,超时时间一过,参与者也会自动完成事务的提交。

三、优缺点

优点:

  1. 增加了一个询问阶段,询问阶段可以确保尽早的发现无法执行操作的参与者节点,提升效率;
  2. 在准备阶段成功以后,协调者和参与者执行的任务中都增加了超时,一旦超时,参与者都会继续提交事务,默认为成功,降低了阻塞范围。

缺点:

  1. 如果准备阶段执行事务后,某些参与者反馈执行事务失败,但是由于出现网络分区,导致这些参与者无法收到协调者的中止请求,那么由于超时机制,这些参与者仍会提交事务,导致出现不一致;
  2. 性能瓶颈,不适合高并发场景。

所以无论是 2PC 还是 3PC,当出现网络分区且不能及时恢复时, 都不能保证分布式系统中的数据 100% 一致。

四、总结

三阶段提交协议,虽然针对二阶段提交协议的“协调者故障,参与者长期锁定资源”的痛点,通过引入了询问阶段和超时机制,来减少资源被长时间锁定的情况,但这也会导致集群各节点在正常运行的情况下,使用更多的消息进行协商,增加系统负载和响应延迟。也正是因为这些问题,三阶段提交协议很少被使用。

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