【分布式事务 005】避免使用 二段式三段式提交 分布式事务,使用ebay本地消息表(好文005 ebay本地消息表)

    科技2022-07-10  197

    文章目录

    一、前言二、分布式事务的劣势三、方案初探(两个实际表:user transaction)四、接上面,引用消息队列,实现两数据库数据一致性五、引入消息状态表,保证幂等性六、面试金手指6.1 XA分布式事务的劣势(可用性、性能、可伸缩性)6.2 消息队列+幂等性(加一个表+数据库或后端相关逻辑)6.3 如何选用(XA分布式事务 or ebay本地消息表)6.4 黄金金手指:七种分布式事务小结(面试宝典:记住下面三步就好) 七、小结

    一、前言

    二、分布式事务的劣势

    由于数据量的巨大,大部分Web应用都需要部署很多个数据库实例。这样,有些用户操作就可能需要去修改多个数据库实例中的数据。传统的解决方法是使用分布式事务保证数据的全局一致性,经典的方法是使用两阶段提交协议。

    长期以来,分布式事务提供的优雅的全局ACID保证麻醉了应用开发者的心灵,很多人都不敢越雷池一步,想像没有分布式事务的世界会是怎样。如今就如MySQL和PostgreSQL这类面向低端用户的开源数据库都支持分布式事务了,开发者更是沉醉其中,不去考虑分布式事务是否给系统带来了伤害。

    事实上,有所得必有所失,分布式事务提供的ACID保证是以损害系统的可用性、性能与可伸缩性为代价的。

    解释:分布式事务的劣势,分布式事务提供的ACID保证是以损害系统的可用性、性能与可伸缩性为代价的 1、可用性差:只有在参与分布式事务的各个数据库实例都能够正常工作的前提下,分布式事务才能够顺利完成,只要有一个工作不正常,整个事务就不能完成。这样,系统的可用性就相当于参加分布式事务的各实例的可用性之积,实例越多,可用性下降越明显。 2、性能差:事务的总持续时间通常是各实例操作时间之和,因为一个事务中的各个操作通常是顺序执行的,这样事务的响应时间就会增加很多; 3、性能差:一般Web应用的事务都不大,单机操作时间也就几毫秒甚至不到1毫秒,一但涉及到分布式事务,提交时节点间的网络通信往返过程也为毫秒级别,对事务响应时间的影响也不可忽视。 4、伸缩性差,并发冲突:由于事务持续时间延长,事务对相关资源的锁定时间也相应增加,从而可能严重增加了并发冲突,影响到系统吞吐率和可伸缩性。

    三、方案初探(两个实际表:user transaction)

    正是由于分布式事务有以上问题,eBay在设计上就不采用分布式事务,而是通过其它途径来解决数据一致性问题。其中使用的最重要的技术就是消息队列MQ和消息应用状态表。

    举个例子。假设系统中有以下两个表

    user(id, name, amt_sold, amt_bought) transaction(xid, seller_id, buyer_id, amount)

    其中user表记录用户交易汇总信息,transaction表记录每个交易的详细信息。

    这样,在进行一笔交易时,若使用事务,就需要对数据库进行以下操作:

    begin; INSERT INTO transaction VALUES(xid, $seller_id, $buyer_id, $amount); UPDATE user SET amt_sold = amt_sold + $amount WHERE id = $seller_id; UPDATE user SET amt_bought = amt_bought + $amount WHERE id = $buyer_id; commit;

    先在transaction表中新增交易信息,然后更新卖家和买家的状态。

    假设transaction表和user表存储在不同的节点上,那么上述事务就是一个分布式事务。要消除这一分布式事务,将它拆分成两个子事务,一个更新transaction表,一个更新user表是不行的,因为有可能transaction表更新成功后,更新user失败,系统将不能恢复到一致状态。

    节点A执行:

    begin; INSERT INTO transaction VALUES(xid, $seller_id, $buyer_id, $amount); commit;

    节点B执行:

    begin; UPDATE user SET amt_sold = amt_sold + $amount WHERE id = $seller_id; UPDATE user SET amt_bought = amt_bought + $amount WHERE id = $buyer_id; commit;

    四、接上面,引用消息队列,实现两数据库数据一致性

    解决方案是使用消息队列。如下所示,先启动一个事务,更新transaction表后,并不直接去更新user表,而是将要对user表进行的更新插入到消息队列中。另外有一个异步任务轮询队列内容进行处理。

    节点A执行:

    begin; INSERT INTO transaction VALUES(xid, $seller_id, $buyer_id, $amount); put_to_queue “update user(“seller”, $seller_id, amount); put_to_queue “update user(“buyer”, $buyer_id, amount); commit;

    节点B执行:

    for each message in queue begin; dequeue message; if message.type = “seller” then UPDATE user SET amt_sold = amt_sold + message.amount WHERE id = message.user_id; else UPDATE user SET amt_bought = amt_bought + message.amount WHERE id = message.user_id; end commit; end

    上述解决方案看似完美,实际上还没有解决分布式问题。为了使第一个事务不涉及分布式操作,消息队列必须与transaction表使用同一套存储资源,但为了使第二个事务是本地的,消息队列存储又必须与user表在一起。这两者是不可能同时满足的。

    如果消息具有操作幂等性,也就是一个消息被应用多次与应用一次产生的效果是一样的话,上述问题是很好解决的,只要将消息队列放到transaction表一起,然后在第二个事务中,先应用消息,再从消息队列中删除。由于消息队列存储与user表不在一起,应用消息后,可能还没来得及将应用过的消息从队列中删除时系统就出故障了。这时系统恢复后会重新应用一次这一消息,由于幂等性,应用多次也能产生正确的结果。

    五、引入消息状态表,保证幂等性

    但实际情况下,消息很难具有幂等性,比如上述的UPDATE操作,执行一次和执行多次的结束显然是不一样的。

    解决这一问题的方法是使用另一个表记录已经被成功应用的消息,并且这个表使用与user表相同的存储。

    假设增加以下表 message_applied(msg_id)记录被成功应用的消息,则产生最终的解决方案如下:

    begin; INSERT INTO transaction VALUES(xid, $seller_id, $buyer_id, $amount); put_to_queue “update user(“seller”, $seller_id, amount); put_to_queue “update user(“buyer”, $buyer_id, amount); commit; for each message in queue begin; SELECT count(*) as cnt FROM message_applied WHERE msg_id = message.id; if cnt = 0 then if message.type = “seller” then UPDATE user SET amt_sold = amt_sold + message.amount WHERE id = message.user_id; else UPDATE user SET amt_bought = amt_bought + message.amount WHERE id = message.user_id; end INSERT INTO message_applied VALUES(message.id); end commit; if 上述事务成功 dequeue message DELETE FROM message_applied WHERE msg_id = message.id; end end

    我们来仔细分析一下: 1、消息队列与transaction使用同一实例,因此第一个事务不涉及分布式操作; 2、message_applied与user表在同一个实例中,也能保证一致性; 3、第二个事务结束后,dequeue message之前系统可能出故障,出故障后系统会重新从消息队列中取出这一消息,但通过message_applied表可以检查出来这一消息已经被应用过,跳过这一消息实现正确的行为; 4、最后将已经成功应用,且已经从消息队列中删除的消息从message_applied表中删除,可以将message_applied表保证在很小的状态(不清除也是可以的,不影响系统正确性)。由于消息队列与message_applied在不同实例上,dequeue message之后,将对应message_applied记录删除之前可能出故障。一但这时出现故障,message_applied表中会留下一些垃圾内容,但不影响系统正确性,另外这些垃圾内容也是可以正确清理的。

    虽然由于没有分布式事务的强一致性保证,使用上述方案在系统发生故障时,系统将短时间内处于不一致状态。但基于消息队列和消息应用状态表,最终可以将系统恢复到一致。使用消息队列方案,解除了两个数据库实例之间的紧密耦合,其性能和可伸缩性是分布式事务不可比拟的。

    当然,使用分布式事务有助于简化应用开发,使用消息队列明显需要更多的工作量,两者各有优缺点。个人观点是,对于时间紧迫或者对性能要求不高的系统,应采用分布式事务加快开发效率,对于时间需求不是很紧,对性能要求很高的系统,应考虑使用消息队列方案。对于原使用分布式事务,且系统已趋于稳定,性能要求高的系统,则可以使用消息队列方案进行重构来优化性能。

    六、面试金手指

    6.1 XA分布式事务的劣势(可用性、性能、可伸缩性)

    mysql本身就提供了XA分布式事务,底层原理是 两段式 提交, 在数据库层面保证多数据源数据一致性:ebay本地消息表没有使用分布式事务保证多数据源数据一致性,而是使用 消息队列MQ作为通知,一个消息表保证幂等性。

    解释:分布式事务的劣势,分布式事务提供的ACID保证是以损害系统的可用性、性能与可伸缩性为代价的 1、可用性差:只有在参与分布式事务的各个数据库实例都能够正常工作的前提下,分布式事务才能够顺利完成,只要有一个工作不正常,整个事务就不能完成。这样,系统的可用性就相当于参加分布式事务的各实例的可用性之积,实例越多,可用性下降越明显。 2、性能差:事务的总持续时间通常是各实例操作时间之和,因为一个事务中的各个操作通常是顺序执行的,这样事务的响应时间就会增加很多; 3、性能差:一般Web应用的事务都不大,单机操作时间也就几毫秒甚至不到1毫秒,一但涉及到分布式事务,提交时节点间的网络通信往返过程也为毫秒级别,对事务响应时间的影响也不可忽视。 4、伸缩性差,并发冲突:由于事务持续时间延长,事务对相关资源的锁定时间也相应增加,从而可能严重增加了并发冲突,影响到系统吞吐率和可伸缩性。

    6.2 消息队列+幂等性(加一个表+数据库或后端相关逻辑)

    略,一看就懂。

    6.3 如何选用(XA分布式事务 or ebay本地消息表)

    ebay本地消息表缺点:没有分布式事务的强一致性保证,使用上述方案在系统发生故障时,系统将短时间内处于不一致状态。但是,基于消息队列和消息应用状态表,最终可以将系统恢复到一致。 ebay本地消息表的优点:使用消息队列方案,解除了两个数据库实例之间的紧密耦合,其性能和可伸缩性是分布式事务不可比拟的。 选用原则(XA分布式事务 or ebay本地消息表): 使用分布式事务有助于简化应用开发,使用消息队列明显需要更多的工作量, 对于时间紧迫或者对性能要求不高的系统,应采用分布式事务加快开发效率; 对于时间需求不是很紧,对性能要求很高的系统,应考虑使用消息队列方案。 对于原有的使用分布式事务,且系统已趋于稳定,性能要求高的系统,则可以使用消息队列方案进行重构来优化性能。

    6.4 黄金金手指:七种分布式事务小结(面试宝典:记住下面三步就好)

    第一步,祭出7种分布式事务 mysql本身就提供了XA分布式事务,底层原理是 两段式 提交, 在数据库层面保证多数据源数据一致性:ebay本地消息表没有使用分布式事务保证多数据源数据一致性,而是使用 消息队列MQ作为通知,一个消息表保证幂等性, 最大努力通知,也是没有使用XA使用,两种方式:MQ通知、被通知放自己询问 在后端SOA接口层面保证多数据源数据一致性:TCC编程模式也没有使用MySQL的XA分布式事务,而是将一个接口变为三个接口try confirm cancel,用后端代码来处理 半消息/最终一致性,是对TCC的性能优化(TCC将一个接口变为两个接口 try-confirm 或者 try-cancel),使用核心功能TCC实现,非核心功能直接调用,核心功能使用MQ消息队列通知非核心功能

    所以,七种分布式事务: MySql自带XA分布式事务:两段式、三段式、Mysql基于XA实现的分布式事务 不使用分布式事务,操作数据库mysql层面:ebay本地消息表、最大努力通知 不使用分布式事务,调用后端SOA接口层面:TCC编程模式、半消息/最终一致性对于TCC的性能优化

    附上什么是XA? XA定义:XA是由X/Open组织提出的分布式事务的规范(要想理解XA,先理解DTP)。 XA功能:XA规范主要定义了(全局)事务管理和(局部)资源管理器(RM)之间的接口,主流的关系型数据库产品都是实现了XA接口的,如mysql oracle(这一点很重要)。

    第二步,比较5种分布式事务优点、缺点、强一致性+最终一致性、选用原则 XA分布式事务优点:分布式事务的强一致性,good. XA分布式事务缺点:分布式事务的强一致性是以牺牲可用性、性能和可伸缩性为代价的。 不使用分布式事务,操作数据库mysql层面:ebay本地消息表、最大努力通知 优点:解除了两个数据库实例之间的紧密耦合,其性能和可伸缩性是分布式事务不可比拟的。 不使用分布式事务,操作数据库mysql层面:ebay本地消息表、最大努力通知 缺点:没有分布式事务的强一致性保证,使用上述方案在系统发生故障时,系统将短时间内处于不一致状态。但是,基于消息队列和消息应用状态表,最终可以将系统恢复到一致。 小结:XA分布式事务,强一致性;ebay本地消息表和最大努力通知都是使用消息队列,都是最终一致性(特殊的弱一致性。 选用原则(XA分布式事务 or ebay本地消息表/最大努力保证): 使用分布式事务有助于简化应用开发,使用消息队列(ebay本地消息表/最大努力通知)明显需要更多的工作量, 对于时间紧迫或者对性能要求不高的系统,应采用分布式事务加快开发效率; 对于时间需求不是很紧,对性能要求很高的系统,应考虑使用消息队列方案(ebay本地消息表/最大努力通知)。 对于原有的使用分布式事务,且系统已趋于稳定,性能要求高的系统,则可以使用消息队列方案(ebay本地消息表/最大努力通知)进行重构来优化性能。

    第三步,祭出数据库层面 和 SOA服务层面 至于 不使用分布式事务,调用后端SOA接口层面:TCC编程模式、半消息/最终一致性对于TCC的性能优化 这个无法比较,前面两种是操作数据库表,这个是操作SOA服务。

    七、小结

    避免使用 二段式/三段式提交 分布式事务,使用ebay本地消息表

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