分布式事务 seata

事务的ACID原则

ACID原则

分布式访问案例

微服务下单业务，在下单时会调用订单服务，创建订单并写入数据库。然后订单服务调用账户服务和库存服务

账户服务负责扣减用户余额
库存服务负责扣减商品库存

一理论基础

1.CAP定理

1998年，加州大学的计算机科学家Eric Brewer提出，分布式系统有三个指标：

Consistency (一致性)
Availability (可用性)
Partition tolerance (分区容错性)

CAP定理-Consistency

Consistency (一致性)︰用户访问分布式系统中的任意节点，得到的数据必须一致

CAP定理-Availability

Availability (可用性)∶用户访问集群中的任意健康节点，必须能得到响应，而不是超时或拒绝

CAP定理-Partition

Partition(分区)∶因为网络故障或其它原因导致分布式系统中的部分节点与其它节点失去连接，形成独立分区

Tolerance(容错)∶在集群出现分区时，整个系统也要持续对外提供服务

2.BASE理论

BASE理论是对CAP的一种解决思路，包含三个思想:

Basically Available (基本可用)︰分布式系统在出现故障时，允许损失部分可用性，即保证核心可用
Soft State（软状态)∶在一定时间内，允许出现中间状态，比如临时的不一致状态
Eventually Consistent(最终一致性)∶虽然无法保证强一致性，但是在软状态结束后，最终达到数据一致

而分布式事务最大的问题是各个子事务的一致性问题，因此可以借鉴CAP定理和BASE理论:

AP模式:各子事务分别执行和提交，允许出现结果不一致，然后采用弥补措施恢复数据即可，实现最终一致
CP模式:各个子事务执行后互相等待，同时提交，同时回滚，达成强一致。但事务等待过程中，处于弱可用状态

分布式事务模型

解决分布式事务，各个子系统之间必须能感知到彼此的事务状态，才能保证状态一致，因此需要一个事务协调者来协调每一个事务的参与者（子系统事务)。

二 Seata架构

Seata是2019年1月份蚂蚁金服和阿里巴巴共同开源的分布式事务解决方案。致力于提供高性能和简单易用的分布式事务服务，为用户打造一站式的分布式解决方案。

官网地址: http://seata.io，其中的文档、博客中提供了大量的使用说明、源码分析。

1.Seata架构

Seata事务管理中有三个重要的角色:

TC(Transaction Coordinator)-事务协调者∶维护全局和分支事务的状态，协调全局事务提交或回滚。TM(Transaction Manager)-事务管理器:定义全局事务的范围、开始全局事务、提交或回滚全局事务。
TM(Transaction Manager)-事务管理器:定义全局事务的范围、开始全局事务、提交或回滚全局事务。
RM(Resource Manager)-资源管理器:管理分支事务处理的资源，与TC交谈以注册分支事务和报告分支事务的状态，并驱动分支事务提交或回滚。

Seata提供了四种不同的分布式事务解决方案:

XA模式:强一致性分阶段事务模式，牺牲了一定的可用性，无业务侵入
TCC模式:最终一致的分阶段事务模式，有业务侵入
AT模式:最终一致的分阶段事务模式，无业务侵入，也是Seata的默认模式
SAGA模式:长事务模式，有业务侵入

2.部署TC服务

(1)下载

首先我们要下载seata-server包，地址在http ://seata.io/zh-cn/blog/download .html

(2)解压

在非中文目录解压缩这个zip包，其目录结构如下：

(3)修改配置

修改conf目录下的registry.conf文件：

内容如下：

registry {
  # tc服务的注册中心类，这里选择nacos，也可以是eureka、zookeeper等
  type = "nacos"

  nacos {
    # seata tc 服务注册到 nacos的服务名称，可以自定义
    application = "seata-tc-server"
    serverAddr = "127.0.0.1:8848"
    group = "DEFAULT_GROUP"
    namespace = ""
    cluster = "SH"
    username = "nacos"
    password = "nacos"
  }
}

config {
  # 读取tc服务端的配置文件的方式，这里是从nacos配置中心读取，这样如果tc是集群，可以共享配置
  type = "nacos"
  # 配置nacos地址等信息
  nacos {
    serverAddr = "127.0.0.1:8848"
    namespace = ""
    group = "SEATA_GROUP"
    username = "nacos"
    password = "nacos"
    dataId = "seataServer.properties"
  }
}

(4)在nacos添加配置

特别注意，为了让tc服务的集群可以共享配置，我们选择了nacos作为统一配置中心。因此服务端配置文件seataServer.properties文件需要在nacos中配好。

格式如下：

配置内容如下：

# 数据存储方式，db代表数据库
store.mode=db
store.db.datasource=druid
store.db.dbType=mysql
store.db.driverClassName=com.mysql.jdbc.Driver
store.db.url=jdbc:mysql://127.0.0.1:3306/seata?useUnicode=true&rewriteBatchedStatements=true
store.db.user=root
store.db.password=123
store.db.minConn=5
store.db.maxConn=30
store.db.globalTable=global_table
store.db.branchTable=branch_table
store.db.queryLimit=100
store.db.lockTable=lock_table
store.db.maxWait=5000
# 事务、日志等配置
server.recovery.committingRetryPeriod=1000
server.recovery.asynCommittingRetryPeriod=1000
server.recovery.rollbackingRetryPeriod=1000
server.recovery.timeoutRetryPeriod=1000
server.maxCommitRetryTimeout=-1
server.maxRollbackRetryTimeout=-1
server.rollbackRetryTimeoutUnlockEnable=false
server.undo.logSaveDays=7
server.undo.logDeletePeriod=86400000

# 客户端与服务端传输方式
transport.serialization=seata
transport.compressor=none
# 关闭metrics功能，提高性能
metrics.enabled=false
metrics.registryType=compact
metrics.exporterList=prometheus
metrics.exporterPrometheusPort=9898

==其中的数据库地址、用户名、密码都需要修改成你自己的数据库信息。==

(5)创建数据库表

特别注意：tc服务在管理分布式事务时，需要记录事务相关数据到数据库中，你需要提前创建好这些表。

新建一个名为seata的数据库，运行课前资料提供的sql文件：

这些表主要记录全局事务、分支事务、全局锁信息：


SET NAMES utf8mb4;
SET FOREIGN_KEY_CHECKS = 0;

-- ----------------------------
-- 分支事务表
-- ----------------------------
DROP TABLE IF EXISTS `branch_table`;
CREATE TABLE `branch_table`  (
  `branch_id` bigint(20) NOT NULL,
  `xid` varchar(128) CHARACTER SET utf8 COLLATE utf8_general_ci NOT NULL,
  `transaction_id` bigint(20) NULL DEFAULT NULL,
  `resource_group_id` varchar(32) CHARACTER SET utf8 COLLATE utf8_general_ci NULL DEFAULT NULL,
  `resource_id` varchar(256) CHARACTER SET utf8 COLLATE utf8_general_ci NULL DEFAULT NULL,
  `branch_type` varchar(8) CHARACTER SET utf8 COLLATE utf8_general_ci NULL DEFAULT NULL,
  `status` tinyint(4) NULL DEFAULT NULL,
  `client_id` varchar(64) CHARACTER SET utf8 COLLATE utf8_general_ci NULL DEFAULT NULL,
  `application_data` varchar(2000) CHARACTER SET utf8 COLLATE utf8_general_ci NULL DEFAULT NULL,
  `gmt_create` datetime(6) NULL DEFAULT NULL,
  `gmt_modified` datetime(6) NULL DEFAULT NULL,
  PRIMARY KEY (`branch_id`) USING BTREE,
  INDEX `idx_xid`(`xid`) USING BTREE
) ENGINE = InnoDB CHARACTER SET = utf8 COLLATE = utf8_general_ci ROW_FORMAT = Compact;

-- ----------------------------
-- 全局事务表
-- ----------------------------
DROP TABLE IF EXISTS `global_table`;
CREATE TABLE `global_table`  (
  `xid` varchar(128) CHARACTER SET utf8 COLLATE utf8_general_ci NOT NULL,
  `transaction_id` bigint(20) NULL DEFAULT NULL,
  `status` tinyint(4) NOT NULL,
  `application_id` varchar(32) CHARACTER SET utf8 COLLATE utf8_general_ci NULL DEFAULT NULL,
  `transaction_service_group` varchar(32) CHARACTER SET utf8 COLLATE utf8_general_ci NULL DEFAULT NULL,
  `transaction_name` varchar(128) CHARACTER SET utf8 COLLATE utf8_general_ci NULL DEFAULT NULL,
  `timeout` int(11) NULL DEFAULT NULL,
  `begin_time` bigint(20) NULL DEFAULT NULL,
  `application_data` varchar(2000) CHARACTER SET utf8 COLLATE utf8_general_ci NULL DEFAULT NULL,
  `gmt_create` datetime NULL DEFAULT NULL,
  `gmt_modified` datetime NULL DEFAULT NULL,
  PRIMARY KEY (`xid`) USING BTREE,
  INDEX `idx_gmt_modified_status`(`gmt_modified`, `status`) USING BTREE,
  INDEX `idx_transaction_id`(`transaction_id`) USING BTREE
) ENGINE = InnoDB CHARACTER SET = utf8 COLLATE = utf8_general_ci ROW_FORMAT = Compact;

SET FOREIGN_KEY_CHECKS = 1;

(6)启动TC服务

进入bin目录，运行其中的seata-server.bat即可：

启动成功后，seata-server应该已经注册到nacos注册中心了。

打开浏览器，访问nacos地址：http://localhost:8848，然后进入服务列表页面，可以看到seata-tc-server的信息：

3.微服务继承Seata

(1)首先引入依赖

<dependency>
    <groupId>com.alibaba.cloud</groupId>
    <artifactId>spring-cloud-starter-alibaba-seata</artifactId>
    <exclusions>
        <exclusion>
            <artifactId>seata-spring-boot-starter</artifactId>
            <groupId>io.seata</groupId>
        </exclusion>
    </exclusions>
</dependency>
<dependency>
    <groupId>io.seata</groupId>
    <artifactId>seata-spring-boot-starter</artifactId>
    <version>${seata.version}</version>
</dependency>

(2)然后，配置application.yml，让微服务通过注册中心找到seata-tc-server

seata:
  registry:
    type: nacos
    nacos:
      server-addr: 127.0.0.1:8848
      namespace: ""
      group: DEFAULT_GROUP
      application: seata-tc-server
      username: nacos
      password: nacos
  tx-service-group: seata-demo # 事务组名称
  service:
    vgroup-mapping: # 事务组与cluster的映射关系
      seata-demo: SH

三动手实践

1.XA模式原理

XA规范是x/Open组织定义的分布式事务处理（DTP，Distributed Transaction Processing)标准，XA规范描述了全局的TM与局部的RM之间的接口，几乎所有主流的数据库都对XA规范提供了支持。

seata的XA模式

seata的xA模式做了一些调整，但大体相似:
XA模式
RM一阶段的工作：

注册分支事务到TC
执行分支业务sql但不提交
报告执行状态到TC

TC二阶段的工作:

TC检测各分支事务执行状态
- 如果都成功，通知所有RM提交事务
- 如果有失败，通知所有RM回滚事务RM二阶段的工作
接收TC指令，提交或回滚事务

RM二阶段的工作:

接收TC指令，提交或回滚事务

实现XA模式

Seata的starter已经完成了XA模式的自动装配，实现非常简单，步骤如下：

1.修改application.yml文件(每个参与事务的微服务)，开启XA模式:

seata:
  registry:
    type: nacos
    nacos:
      server-addr: 127.0.0.1:8848
      namespace: ""
      group: DEFAULT_GROUP
      application: seata-tc-server
      username: nacos
      password: nacos
  tx-service-group: seata-demo # 事务组名称
  service:
    vgroup-mapping: # 事务组与cluster的映射关系
      seata-demo: SH
  data-source-proxy-mode: XA

2.给发起全局事务的入口方法添加@GlobalTransactional注解，本例中是OrderServicelmpl中的create方法

package cn.itcast.order.service.impl;

import cn.itcast.order.client.AccountClient;
import cn.itcast.order.client.StorageClient;
import cn.itcast.order.entity.Order;
import cn.itcast.order.mapper.OrderMapper;
import cn.itcast.order.service.OrderService;
import feign.FeignException;
import io.seata.spring.annotation.GlobalTransactional;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.springframework.stereotype.Service;

/**
 * @author 虎哥
 */
@Slf4j
@Service
public class OrderServiceImpl implements OrderService {

    private final AccountClient accountClient;
    private final StorageClient storageClient;
    private final OrderMapper orderMapper;

    public OrderServiceImpl(AccountClient accountClient, StorageClient storageClient, OrderMapper orderMapper) {
        this.accountClient = accountClient;
        this.storageClient = storageClient;
        this.orderMapper = orderMapper;
    }

    @Override
    @GlobalTransactional
    public Long create(Order order) {
        // 创建订单
        orderMapper.insert(order);
        try {
            // 扣用户余额
            accountClient.deduct(order.getUserId(), order.getMoney());
            // 扣库存
            storageClient.deduct(order.getCommodityCode(), order.getCount());

        } catch (FeignException e) {
            log.error("下单失败，原因:{}", e.contentUTF8(), e);
            throw new RuntimeException(e.contentUTF8(), e);
        }
        return order.getId();
    }
}

3.重启服务并测试

AT模式

AT模式同样是分阶段提交的事务模型，不过缺弥补了XA模型中资源锁定周期过长的缺陷。
AT模式
阶段一RM的工作:

注册分支事务
记录undo-log(数据快照)
执行业务sql并提交
报告事务状态

阶段二提交时RM的工作:

删除undo-log即可

阶段二回滚时RM的工作:

根据undo-log恢复数据到更新前

全局锁:由TC记录当前正在操作某行数据的事务，该事务持有全局锁，具备执行权。实现数据隔离

实现AT模式

AT模式中的快照生成、回滚等动作都是由框架自动完成，没有任何代码侵入，因此实现非常简单。

1.修改application.yml文件(每个参与事务的微服务)，开启AT模式:

seata:
  registry:
    type: nacos
    nacos:
      server-addr: 127.0.0.1:8848
      namespace: ""
      group: DEFAULT_GROUP
      application: seata-tc-server
      username: nacos
      password: nacos
  tx-service-group: seata-demo # 事务组名称
  service:
    vgroup-mapping: # 事务组与cluster的映射关系
      seata-demo: SH
  data-source-proxy-mode: AT

2.给发起全局事务的入口方法添加@GlobalTransactional注解，本例中是OrderServicelmpl中的create方法

package cn.itcast.order.service.impl;

import cn.itcast.order.client.AccountClient;
import cn.itcast.order.client.StorageClient;
import cn.itcast.order.entity.Order;
import cn.itcast.order.mapper.OrderMapper;
import cn.itcast.order.service.OrderService;
import feign.FeignException;
import io.seata.spring.annotation.GlobalTransactional;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.springframework.stereotype.Service;

/**
 * @author 虎哥
 */
@Slf4j
@Service
public class OrderServiceImpl implements OrderService {

    private final AccountClient accountClient;
    private final StorageClient storageClient;
    private final OrderMapper orderMapper;

    public OrderServiceImpl(AccountClient accountClient, StorageClient storageClient, OrderMapper orderMapper) {
        this.accountClient = accountClient;
        this.storageClient = storageClient;
        this.orderMapper = orderMapper;
    }

    @Override
    @GlobalTransactional
    public Long create(Order order) {
        // 创建订单
        orderMapper.insert(order);
        try {
            // 扣用户余额
            accountClient.deduct(order.getUserId(), order.getMoney());
            // 扣库存
            storageClient.deduct(order.getCommodityCode(), order.getCount());

        } catch (FeignException e) {
            log.error("下单失败，原因:{}", e.contentUTF8(), e);
            throw new RuntimeException(e.contentUTF8(), e);
        }
        return order.getId();
    }
}

3.重启服务并测试

3.TCC模式

TCC模式与AT模式非常相似，每阶段都是独立事务，不同的是TCC通过人工编码来实现数据恢复。需要实现三个方法:

Try:资源的检测和预留;
Confirm:完成资源操作业务;要求Try成功Confirm一定要能成功。
Cancel:预留资源释放，可以理解为try的反向操作。

TCC模式

TCC的空回滚和业务悬挂

当某分支事务的try阶段阻塞时，可能导致全局事务超时而触发二阶段的cancel操作。在未执行try操作时先执行了cancel操作，这时cancel不能做回滚，就是空回滚。

对于已经空回滚的业务，如果以后继续执行try，就永远不可能confirm或cancel，这就是业务悬挂。应当阻止执行空回滚后的try操作，避免悬挂

4.Saga模式

Saga模式是SEATA提供的长事务解决方案。也分为两个阶段：

一阶段:直接提交本地事务
二阶段:成功则什么都不做;失败则通过编写补偿业务来回滚

Saga模式优点：

事务参与者可以基于事件驱动实现异步调用，吞吐高
一阶段直接提交事务，无锁，性能好
不用编写TCC中的三个阶段，实现简单

缺点:

软状态持续时间不确定，时效性差
没有锁，没有事务隔离，会有脏写

5.四种模式对比

	`XA`	`AT`	`TCC`	`SAGA`
一致性	强一致	弱一致	弱一致	最终一致
隔离性	完全隔离	基于全局锁隔离	基于资源预留隔离	无隔离
代码侵入	无	无	有，要编写三个接口	有，要编写状态机和补偿业务
性能	差	好	非常好	非常好
场景	对一致性、隔离性有高要求的业务	基于关系型数据库的大多数分布式事务场景都可以	对性能要求较高的事务；有非关系型数据库要参与的事务。	业务流程长、业务流程多；参与者包含其它公司或遗留系统服务，无法提供TCC模式要求的三个接口