TCC 分布式事务解决方案

2021-05-14 16:18:42 浏览数 (1)

一、什么是 TCC事务


TCC 是TryConfirmCancel三个词语的缩写,TCC要求每个分支事务实现三个操作:预处理Try、确认Confirm、撤销Cancel。Try操作做业务检查及资源预留,Confirm做业务确认操作,Cancel实现一个与 Try或者 Commit相反的操作即回滚操作。TM首先发起所有的分支事务的 try操作,任何一个分支事务的 try操作执行失败,TM将会发起所有分支事务的 Cancel操作,若 Try操作全部成功,TM将会发起所有分支事务的 Confirm操作,其中 Confirm/Cancel 操作若执行失败,TM会进行重试。

执行成功流程:

、TCC 解决方案


目前市面上的 TCC框架众多比如下面这几种:

框架名称

Gitbub地址

star数量

tcc-transaction

https://github.com/changmingxie/tcc-transaction

4351

Hmily

https://github.com/yu199195/hmily

2788

ByteTCC

https://github.com/liuyangming/ByteTCC

2156

EasyTransaction

https://github.com/QNJR-GROUP/EasyTransaction

1907

Seata也支持TCC,但 Seata的 TCC模式对 Spring Cloud并没有提供支持。因此更请倾向于轻量级易于理解的框架Hmily,来理解 TCC的原理以及事务协调运作的过程。Hmily是一个高性能分布式事务 TCC开源框架。基于Java语言来开发,支持Dubbo,Spring Cloud等。RPC框架进行分布式事务。它目前支持以下特性:   ■ 支持嵌套事务(Nested transaction support);   ■ 采用 disruptor框架进行事务日志的异步读写,与 RPC框架的性能毫无差别;   ■ 支持 SpringBoot-starter 项目启动,使用简单;   ■ RPC框架支持 : dubbo,motan,springcloud;   ■ 本地事务存储支持 : redis,mongodb,zookeeper,fifile,mysql;   ■ 事务日志序列化支持 :java,hessian,kryo,protostuff;   ■ 采用 Aspect AOP 切面思想与 Spring无缝集成,天然支持集群;   ■ RPC事务恢复,超时异常恢复等;

Hmily利用 AOP对参与分布式事务的本地方法与远程方法进行拦截处理,通过多方拦截,事务参与者能透明的调用到另一方的Try、Confirm、Cancel方法;传递事务上下文;并记录事务日志,酌情进行补偿,重试等。Hmily不需要事务协调服务,但需要提供一个数据库(mysql/mongodb/zookeeper/redis/fifile)来进行日志存储。Hmily实现的 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,全局事务提交/回滚需要时才提供,因此Confirm/Cancel业务只需要被 Hmily 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。官网介绍

TCC需要注意三种异常处理分别是空回滚、幂等、悬挂: 【1】空回滚:没有调用 TCC 资源 Try 方法的情况下,调用了二阶段的 Cancel 方法,Cancel 方法需要识别出这是一个空回滚,然后直接返回成功。出现原因是当一个分支事务所在服务宕机或网络异常,分支事务调用记录为失败,这个时候其实是没有执行 Try阶段,当故障恢复后,分布式事务进行回滚则会调用二阶段的 Cancel方法,从而形成空回滚。 【解决思路关键是要识别出这个空回滚。思路很简单就是需要知道一阶段是否执行,如果执行了,那就是正常回滚;如果没执行,那就是空回滚。前面已经说过 TM在发起全局事务时生成全局事务记录,全局事务ID贯穿整个分布式事务调用链条。再额外增加一张分支事务记录表,其中有全局事务 ID分支事务 ID,第一阶段 Try 方法里会插入一条记录,表示一阶段执行了。Cancel 接口里读取该记录,如果该记录存在,则正常回滚;如果该记录不存在,则是空回滚。 【2】幂等:通过前面介绍已经了解到,为了保证 TCC二阶段提交重试机制不会引发数据不一致,要求 TCC 的二阶段 Try、Confirm 和 Cancel 接口保证幂等,这样不会重复使用或者释放资源。如果幂等控制没有做好,很有可能导致数据不一致等严重问题。 【解决思路在上述“分支事务记录”中增加执行状态“事务ID”,每次执行前都查询该状态。 【3】悬挂:悬挂就是对于一个分布式事务,其二阶段 Cancel 接口比 Try 接口先执行。出现原因是在 RPC 调用分支事务 Try时,先注册分支事务,再执行 RPC调用,如果此时 RPC 调用的网络发生拥堵,通常 RPC 调用是有超时时间的,RPC 超时以后,TM就会通知 RM回滚该分布式事务,可能回滚完成后,RPC 请求才到达参与者真正执行,而一个 Try 方法预留的业务资源,只有该分布式事务才能使用,该分布式事务第一阶段预留的业务资源就再也没有人能够处理了,对于这种情况,我们就称为悬挂,即业务资源预留后没法继续处理。 【解决思路如果二阶段执行完成,那一阶段就不能再继续执行。在执行一阶段事务时判断在该全局事务下,“分支事务记录”表中是否已经有二阶段事务记录,如果有则不执行Try。

举例:场景为 A 转账 30 元给 B,A和B账户在不同的服务

代码语言:javascript复制
账户Atry:
检查余额是否够30元
扣减30元
confirm:
空
cancel:
增加30元
账户B
try:
增加30元
confirm:
空
cancel:
减少30元

方案说明: 【1】账户A,这里的余额就是所谓的业务资源,按照前面提到的原则,在第一阶段需要检查并预留业务资源,因此,我们在扣钱 TCC 资源的 Try 接口里先检查 A 账户余额是否足够,如果足够则扣除 30 元。 Confirm 接口表示正式提交,由于业务资源已经在 Try 接口里扣除掉了,那么在第二阶段的 Confirm 接口里可以什么都不用做。Cancel接口的执行表示整个事务回滚,账户A回滚则需要把 Try 接口里扣除掉的 30 元还给账户。 【2】账号B,在第一阶段 Try 接口里实现给账户B加钱,Cancel 接口的执行表示整个事务回滚,账户B回滚则需要把Try 接口里加的 30 元再减去。

方案的问题分析: 【1】如果账户A的 Try没有执行在 Cancel则就多加了30元; 【2】由于Try,Cancel、Confirm都是由单独的线程去调用,且会出现重复调用,所以都需要实现幂等; 【3】账号B在 Try中增加30元,当 Try执行完成后可能会其它线程给消费了; 【4】如果账户B的 Try没有执行在 Cancel则就多减了30元; 问题解决: 【1】账户A的 Cancel方法需要判断 Try方法是否执行,正常执行 Try后方可执行 Cancel; 【2】Try,Cancel、Confirm方法实现幂等; 【3】账号B在 Try方法中不允许更新账户金额,在 Confirm中更新账户金额; 【4】账户B的 Cancel方法需要判断 Try方法是否执行,正常执行 Try后方可执行 Cancel;

优化方案:【账户A

代码语言:javascript复制
try:
    try幂等校验
    try悬挂处理
    检查余额是否够30元
    扣减30元

confirm:
    空

cancel:
    cancel幂等校验
    cancel空回滚处理
    增加可用余额30元

【账户B

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try:
    空

confirm:
    confirm幂等校验
    正式增加30元

cancel:
    空

三、Hmily 实现 TCC事务


1】业务说明:本实例通过 Hmily实现 TCC分布式事务,模拟两个账户的转账交易过程。两个账户分别在不同的银行(张三在bank1、李四在bank2),bank1、bank2是两个微服务。交易过程是,张三给李四转账指定金额。上述交易步骤,要么一起成功,要么一起失败,必须是一个整体性的事务。

【2】数据库:每个数据库都创建 try、confirm、cancel三张日志表:用来记录全局事务ID。

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CREATE TABLE `local_try_log` (
                `tx_no` varchar(64) NOT NULL COMMENT '事务id', `create_time` datetime DEFAULT NULL, PRIMARY KEY (`tx_no`)
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8

CREATE TABLE `local_confirm_log` (
                 `tx_no` varchar(64) NOT NULL COMMENT '事务id', `create_time` datetime DEFAULT NULL
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8

CREATE TABLE `local_cancel_log` (
                `tx_no` varchar(64) NOT NULL COMMENT '事务id', `create_time` datetime DEFAULT NULL, PRIMARY KEY (`tx_no`)
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf

3引入maven依赖

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<dependency> 
    <groupId>org.dromara</groupId> 
    <artifactId>hmily‐springcloud</artifactId> 
    <version>2.0.4‐RELEASE</version> 
</dependency>

4application.yml 中配置hmily:配置数据库地址,因为会创建分支事务表

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org:
    dromara:
        hmily:
        serializer : kryo
        recoverDelayTime : 128
        retryMax : 30
        scheduledDelay : 128
        scheduledThreadMax : 10
        repositorySupport : db
        started: true
        hmilyDbConfig :
        driverClassName : com.mysql.jdbc.Driver
        url : jdbc:mysql://localhost:3306/bank?useUnicode=true
        username : root
        password : root

5创建配置类:配置类中接收 application.yml中的 Hmily配置信息,并创建 HmilyTransactionBootstrap Bean 和添加 @EnableAspectJAutoProxy(proxyTargetClass=true) 切面注解。

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@Configuration
@EnableAspectJAutoProxy(proxyTargetClass=true)
public class DatabaseConfiguration {
    @Bean
    public HmilyTransactionBootstrap hmilyTransactionBootstrap(HmilyInitService hmilyInitService){
        HmilyTransactionBootstrap hmilyTransactionBootstrap = new HmilyTransactionBootstrap(hmilyInitService);
        hmilyTransactionBootstrap.setSerializer(env.getProperty("org.dromara.hmily.serializer"));
        hmilyTransactionBootstrap.setRecoverDelayTime(Integer.parseInt(env.getProperty("org.dromara.hmily.recoverDelayTime")));
        hmilyTransactionBootstrap.setRetryMax(Integer.parseInt(env.getProperty("org.dromara.hmily.retryMax")));
        hmilyTransactionBootstrap.setScheduledDelay(Integer.parseInt(env.getProperty("org.dromara.hmily.scheduledDelay")));
        hmilyTransactionBootstrap.setScheduledThreadMax(Integer.parseInt(env.getProperty("org.dromara.hmily.scheduledThreadMax")));
        hmilyTransactionBootstrap.setRepositorySupport(env.getProperty("org.dromara.hmily.repositorySupport"));
        hmilyTransactionBootstrap.setStarted(Boolean.parseBoolean(env.getProperty("org.dromara.hmily.started")));
        HmilyDbConfig hmilyDbConfig = new HmilyDbConfig();
        hmilyDbConfig.setDriverClassName(env.getProperty("org.dromara.hmily.hmilyDbConfig.driverClassName"));
        hmilyDbConfig.setUrl(env.getProperty("org.dromara.hmily.hmilyDbConfig.url"));
        hmilyDbConfig.setUsername(env.getProperty("org.dromara.hmily.hmilyDbConfig.username"));
        hmilyDbConfig.setPassword(env.getProperty("org.dromara.hmily.hmilyDbConfig.password"));
        hmilyTransactionBootstrap.setHmilyDbConfig(hmilyDbConfig);
        return hmilyTransactionBootstrap;
    }
}

6启动类修改:增加 org.dromara.hmily的扫描项:

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@SpringBootApplication
@EnableDiscoveryClient
@EnableHystrix
@EnableFeignClients(basePackages = {"cn.itcast.dtx.tccdemo.bank1.spring"})
@ComponentScan({"cn.itcast.dtx.tccdemo.bank1","org.dromara.hmily"})
public class Bank1HmilyServer {
    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(Bank1HmilyServer.class, args);
    }
}

7dtx-tcc-demo-bank1 (张三)实现 Try、Commit和 Cancel方法,如下:

代码语言:javascript复制
try:
    try幂等校验
    try悬挂处理
    检查余额是够扣减金额
    扣减金额

confirm:
    空

cancel:
    cancel幂等校验
    cancel空回滚处理
    增加可用余额

8张三服务层:实现 Try、Commit 和 Cancel方法。Try 方法上添加@Hmily 注解表示开启TCC,并配置 Commit提交方法和 Cancel回滚方法。注意:三个方法的入参和返回值必须相同

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@Service
@Slf4j
public class AccountInfoServiceImpl implements AccountInfoService {

    @Autowired
    AccountInfoDao accountInfoDao;

    @Autowired
    Bank2Client bank2Client;

    // 账户扣款,就是tcc的try方法

    /**
     *     try幂等校验
     *     try悬挂处理
     *     检查余额是够扣减金额
     *     扣减金额
     * @param accountNo
     * @param amount
     */
    @Override
    @Transactional
    //只要标记@Hmily就是try方法,在注解中指定confirm、cancel两个方法的名字
    @Hmily(confirmMethod="commit",cancelMethod="rollback")
    public void updateAccountBalance(String accountNo, Double amount) {
        //获取全局事务id
        String transId = HmilyTransactionContextLocal.getInstance().get().getTransId();
        log.info("bank1 try begin 开始执行...xid:{}",transId);
        //幂等判断 判断local_try_log表中是否有try日志记录,如果有则不再执行
        if(accountInfoDao.isExistTry(transId)>0){
            log.info("bank1 try 已经执行,无需重复执行,xid:{}",transId);
            return ;
        }

        //try悬挂处理,如果cancel、confirm有一个已经执行了,try不再执行
        if(accountInfoDao.isExistConfirm(transId)>0 || accountInfoDao.isExistCancel(transId)>0){
            log.info("bank1 try悬挂处理  cancel或confirm已经执行,不允许执行try,xid:{}",transId);
            return ;
        }

        //扣减金额
        if(accountInfoDao.subtractAccountBalance(accountNo, amount)<=0){
            //扣减失败
            throw new RuntimeException("bank1 try 扣减金额失败,xid:{}" transId);
        }
        //插入try执行记录,用于幂等判断
        accountInfoDao.addTry(transId);

        //远程调用李四,转账
        if(!bank2Client.transfer(amount)){
            throw new RuntimeException("bank1 远程调用李四微服务失败,xid:{}" transId);
        }
        if(amount == 2){
            throw new RuntimeException("人为制造异常,xid:{}" transId);
        }
        log.info("bank1 try end 结束执行...xid:{}",transId);
    }

    //confirm方法
    @Transactional
    public void commit(String accountNo, Double amount){
        //获取全局事务id
        String transId = HmilyTransactionContextLocal.getInstance().get().getTransId();
        log.info("bank1 confirm begin 开始执行...xid:{},accountNo:{},amount:{}",transId,accountNo,amount);
    }

    /** cancel方法
     *     cancel幂等校验
     *     cancel空回滚处理
     *     增加可用余额
     * @param accountNo
     * @param amount
     */
    @Transactional
    public void rollback(String accountNo, Double amount){
        //获取全局事务id
        String transId = HmilyTransactionContextLocal.getInstance().get().getTransId();
        log.info("bank1 cancel begin 开始执行...xid:{}",transId);
        //    cancel幂等校验
        if(accountInfoDao.isExistCancel(transId)>0){
            log.info("bank1 cancel 已经执行,无需重复执行,xid:{}",transId);
            return ;
        }
        //cancel空回滚处理,如果try没有执行,cancel不允许执行
        if(accountInfoDao.isExistTry(transId)<=0){
            log.info("bank1 空回滚处理,try没有执行,不允许cancel执行,xid:{}",transId);
            return ;
        }
        //    增加可用余额
        accountInfoDao.addAccountBalance(accountNo,amount);
        //插入一条cancel的执行记录
        accountInfoDao.addCancel(transId);
        log.info("bank1 cancel end 结束执行...xid:{}",transId);
    }
}

9李四在张三项目中的接口定义:需要添加 @Hmily 注解,将全局事务ID传输给李四

代码语言:javascript复制
@FeignClient(value="tcc-demo-bank2",fallback=Bank2ClientFallback.class)
public interface Bank2Client {
    //远程调用李四的微服务
    @GetMapping("/bank2/transfer")
    @Hmily
    public  Boolean transfer(@RequestParam("amount") Double amount);
}

10dtx-tcc-demo-bank2 李四项目:实现如下功能

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try:
    空
confirm:
    confirm幂等校验
    正式增加金额
cancel:
    空

11李四服务层:与张三的服务格式相同

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@Service
@Slf4j
public class AccountInfoServiceImpl implements AccountInfoService {

    @Autowired
    AccountInfoDao accountInfoDao;

    @Override
    @Hmily(confirmMethod="confirmMethod", cancelMethod="cancelMethod")
    public void updateAccountBalance(String accountNo, Double amount) {
        //获取全局事务id
        String transId = HmilyTransactionContextLocal.getInstance().get().getTransId();
        log.info("bank2 try begin 开始执行...xid:{}",transId);
    }

    /**
     * confirm方法
     *     confirm幂等校验
     *     正式增加金额
     * @param accountNo
     * @param amount
     */
    @Transactional
    public void confirmMethod(String accountNo, Double amount){
        //获取全局事务id
        String transId = HmilyTransactionContextLocal.getInstance().get().getTransId();
        log.info("bank2 confirm begin 开始执行...xid:{}",transId);
        if(accountInfoDao.isExistConfirm(transId)>0){
            log.info("bank2 confirm 已经执行,无需重复执行...xid:{}",transId);
            return ;
        }
        //增加金额
        accountInfoDao.addAccountBalance(accountNo,amount);
        //增加一条confirm日志,用于幂等
        accountInfoDao.addConfirm(transId);
        log.info("bank2 confirm end 结束执行...xid:{}",transId);
    }

    /**
     * @param accountNo
     * @param amount
     */
    public void cancelMethod(String accountNo, Double amount){
        //获取全局事务id
        String transId = HmilyTransactionContextLocal.getInstance().get().getTransId();
        log.info("bank2 cancel begin 开始执行...xid:{}",transId);

    }
}

四、小结


如果拿 TCC事务的处理流程与 2PC两阶段提交做比较,2PC通常都是在跨库的 DB层面,而 TCC则在应用层面的处理,需要通过业务逻辑来实现。这种分布式事务的实现方式的优势在于,可以让应用自己定义数据操作的粒度,使得降低锁冲突、提高吞吐量成为可能。而不足之处则在于对应用的侵入性非常强,业务逻辑的每个分支都需要实现Try、Confirm、Cancel三个操作。此外,其实现难度也比较大,需要按照网络状态、系统故障等不同的失败原因实现不同的回滚策略。

本文来源程序猿进阶,由javajgs_com转载发布,观点不代表Java架构师必看的立场,转载请标明来源出处

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