【Seata】分布式事务框架原理解析

什么是分布式事务

单体项目 - 单数据源事务

在单体项目中如果只有一个数据库是不存在分布式事务问题的，通过@Transactional事务管理器就可以管理该数据库事务。

单体项目 - 多数据源事务

单体项目中如果有多个数据源时，每个数据源都有自己独立的事务管理器，所以会存在事务问题（同一个方法中调用到了两个数据源），
主流解决方案：jta+atomikos解决多数据源事务。

微服务项目事务

在微服务项目中，每个微服务应用都可能会有自己的数据库，@Transactional是无法跨服务的，就会存在分布式事务的问题。

如图所示：用户开通或续费会员后需要增加积分，会员服务member调用积分服务integral，增加积分成功后，会员服务方法突然报错，此时积分服务是无法回滚的，只有会员服务会回滚；就会导致会员开通失败，但是增加了积分。

提交协议

两阶段提交协议(2PC)

第一阶段P指的是：准备阶段
第二阶段C指的是：提交阶段

实现分布式事务的关键就是两阶段提交协议；在分布式系统中，每个节点虽然可以知晓自己的操作是成功或者失败，却无法知道其他节点的操作的成功或失败。

因此当一个事务跨越多个节点（多个服务）时，为了保持事务的ACID特性，需要引入一个作为协调者的组件来统一掌控所有节点参与者，由协调者来统一管理所有节点上的事务，来控制是否全部提交、全部回滚。

2PC算法思路：参与者将操作成败或成功通知给协调者，再由协调者根据所有参与者的反馈情况决定所有参与者是提交还是回滚。

优点：两阶段提交（2PC），对业务侵⼊很小，它最⼤的优势就是对代码是无侵入的，用户可以像使⽤本地事务⼀样。

缺点：2PC是一个强一致性的同步阻塞协议，事务执⾏过程中需要将所需资源全部锁定，也就是俗称的刚性事务。

三阶段提交协议(3PC)

首先：三段提交协议（3PC）是二段提交协议（2PC）的升级版，在2PC的第一阶段和第二阶段之间添加了一层通讯协议【准备提交阶段】。
3PC：第一阶段准备、第二阶段准备提交、第三阶段提交。

2PC只有协调者设置了超时时间，
2PC问题：一旦协调者发生故障，参与者会一直阻塞下去。

而3PC对于协调者和参与者都设置了超时时间，主要避免了参与者在长时间无法与协调者节点通信的情况下，无法释放资源的问题，参与者在超时后会自动进行本地commit从而释放资源，降低事务阻塞范围。

Seata介绍

Seata是由阿里中间件团队发起的开源分布式事务框架项目，
依赖支持本地 ACID 事务的关系型数据库，
可以高效并且对业务0侵入的方式解决微服务场景下面临的分布式事务问题，
目前提供AT模式(即2PC)、TCC、SAGA 和 XA 的分布式事务解决方案。

Seata的设计思想

Seata的设计目标其一是对业务无侵入，因此从业务无侵入的2PC方案着手，在传统2PC的基础上演进，并解决2PC方案面临的刚性事务问题。

Seata术语&实现原理

TC (Transaction Coordinator) - 事务协调者
它是独立的中间件，需要独立部署运行，它维护全局事务的运行状态，接收TM指令发起全局事务的提交与回滚，
负责与RM通信协调各各分支事务的提交或回滚。

TM (Transaction Manager) - 事务管理器 - 事务发起者
TM需要嵌入应用程序中工作，它负责开启一个全局事务，并最终向TC发起全局提交或全局回滚的指令。

RM (Resource Manager) - 资源管理器 - 事务参与者
控制分支事务，负责分支注册、状态汇报，并接收事务协调器TC的指令，驱动分支（本地）事务的提交和回滚。

AT模式 工作机制

首先：AT模式是由2PC演变而来，在2PC的基础上增加了数据镜像 （undolog表）的功能来实现分布式事务的回滚。

流程：
TM要求TC开始一项新的事务分支。TC生成代表全局事务的XID返回给TM。
TM请求其它服务时携带XID参数通过微服务的调用链传播。
RM将本地事务注册为XID到TC的相应全局事务的分支。
TM要求TC提交或回滚XID的相应全局事务。
TC驱动XID对应的全局事务下的所有分支事务以完成分支提交或回滚。
如果需要回滚的话，需要用到“undolog回滚日志”表进行回滚操作。

undolog回滚日志表详解（前置、后置镜像）

案例：
1、user业务表

CREATE TABLE `user` (
  `id` int(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT,
  `name` varchar(255) DEFAULT NULL,
  `age` int(11) DEFAULT NULL,
  PRIMARY KEY (`id`)
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8;

insert into user values(1, "王明", 19);
insert into user values(1, "王亮", 10);	

2、执行业务SQL：update user set age = 20 where name = “王明”;

3、Seata会拦截该业务SQL，对该SQL添加前置镜像、后置镜像并将前置、后置镜像得到的数据记录到undolog表中：
前置镜像：业务SQL修改之前的数据；
后置镜像：业务SQL修改之后的数据。

前置镜像：select id, name, age from user where name = “王明”;
业务SQL：update user set age = 20 where name = “王明”;
后置镜像：select id, name, age from user where id = #{前置镜像得到的主键id};

前置镜像的到的数据：

后置镜像得到的数据：

4、如果执行回滚操作，则根据XID读取undolog表中的前置镜像和业务SQL信息，并生成回滚SQL语句执行：
生成的回滚SQL语句：update user set age = 19 where id = 1;

5、如果执行提交，则直接把undolog表中，相关镜像删除即可。

Seata环境搭建

本次实践为seata最新版本为v1.5.1
下载地址 http://seata.io/zh-cn/blog/download.html，下载下来进行解压，目录结构如下：

Seata简单安装 - 单机

进入bin目录直接启动seata，seata服务默认端口是8091、客户端端口7091

window下双击运行seata-server.bat
linux下运行seata-server.sh

输出以下信息表示启动成功，默认Seata服务端口8091

seata高可用安装 - 集成Nacos、DB

Seata服务端支持三种存储模式（store.mode）：

file：单机模式，全局事务会话信息内存中读写并持久化本地文件root.data，性能较高

db：高可用模式，全局事务会话信息通过db共享，相应性能差些

redis：Seata-Server 1.3及以上版本支持,性能较高,存在事务信息丢失风险,请提前配置适合当前场景的redis持久化配置

创建Seata依赖的数据库实例

新建一个seata数据库实例，然后导入以下SQL，或者导入学习资料中提供的seata.sql。
注意：seata数据库字符集需要是utf8mb4 -- UTF-8 Unicode

SET FOREIGN_KEY_CHECKS=0;

-- ----------------------------
-- Table structure for branch_table
-- ----------------------------
DROP TABLE IF EXISTS `branch_table`;
CREATE TABLE `branch_table` (
  `branch_id` bigint(20) NOT NULL,
  `xid` varchar(128) NOT NULL,
  `transaction_id` bigint(20) DEFAULT NULL,
  `resource_group_id` varchar(32) DEFAULT NULL,
  `resource_id` varchar(256) DEFAULT NULL,
  `branch_type` varchar(8) DEFAULT NULL,
  `status` tinyint(4) DEFAULT NULL,
  `client_id` varchar(64) DEFAULT NULL,
  `application_data` varchar(2000) DEFAULT NULL,
  `gmt_create` datetime(6) DEFAULT NULL,
  `gmt_modified` datetime(6) DEFAULT NULL,
  PRIMARY KEY (`branch_id`),
  KEY `idx_xid` (`xid`)
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8mb4;

-- ----------------------------
-- Records of branch_table
-- ----------------------------

-- ----------------------------
-- Table structure for distributed_lock
-- ----------------------------
DROP TABLE IF EXISTS `distributed_lock`;
CREATE TABLE `distributed_lock` (
  `lock_key` char(20) NOT NULL,
  `lock_value` varchar(20) NOT NULL,
  `expire` bigint(20) DEFAULT NULL,
  PRIMARY KEY (`lock_key`)
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8mb4;

-- ----------------------------
-- Records of distributed_lock
-- ----------------------------
INSERT INTO `distributed_lock` VALUES ('AsyncCommitting', ' ', '0');
INSERT INTO `distributed_lock` VALUES ('RetryCommitting', ' ', '0');
INSERT INTO `distributed_lock` VALUES ('RetryRollbacking', ' ', '0');
INSERT INTO `distributed_lock` VALUES ('TxTimeoutCheck', ' ', '0');

-- ----------------------------
-- Table structure for global_table
-- ----------------------------
DROP TABLE IF EXISTS `global_table`;
CREATE TABLE `global_table` (
  `xid` varchar(128) NOT NULL,
  `transaction_id` bigint(20) DEFAULT NULL,
  `status` tinyint(4) NOT NULL,
  `application_id` varchar(32) DEFAULT NULL,
  `transaction_service_group` varchar(32) DEFAULT NULL,
  `transaction_name` varchar(128) DEFAULT NULL,
  `timeout` int(11) DEFAULT NULL,
  `begin_time` bigint(20) DEFAULT NULL,
  `application_data` varchar(2000) DEFAULT NULL,
  `gmt_create` datetime DEFAULT NULL,
  `gmt_modified` datetime DEFAULT NULL,
  PRIMARY KEY (`xid`),
  KEY `idx_status_gmt_modified` (`status`,`gmt_modified`),
  KEY `idx_transaction_id` (`transaction_id`)
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8mb4;

-- ----------------------------
-- Records of global_table
-- ----------------------------

-- ----------------------------
-- Table structure for lock_table
-- ----------------------------
DROP TABLE IF EXISTS `lock_table`;
CREATE TABLE `lock_table` (
  `row_key` varchar(128) NOT NULL,
  `xid` varchar(128) DEFAULT NULL,
  `transaction_id` bigint(20) DEFAULT NULL,
  `branch_id` bigint(20) NOT NULL,
  `resource_id` varchar(256) DEFAULT NULL,
  `table_name` varchar(32) DEFAULT NULL,
  `pk` varchar(36) DEFAULT NULL,
  `status` tinyint(4) NOT NULL DEFAULT '0' COMMENT '0:locked ,1:rollbacking',
  `gmt_create` datetime DEFAULT NULL,
  `gmt_modified` datetime DEFAULT NULL,
  PRIMARY KEY (`row_key`),
  KEY `idx_status` (`status`),
  KEY `idx_branch_id` (`branch_id`),
  KEY `idx_xid_and_branch_id` (`xid`,`branch_id`)
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8mb4;

启动Nacos

可以使用资料中的nacos-2.4.5.jar文件，通过 java -jar nacos-2.4.5.jar 的方式启动nacos服务，启动nacos前需要修改数据源地址。
学习资料中提供了nacos依赖的数据库SQL文件：nacos.sql

在nacos配置中心添加Seata配置seataServer.properties

Data ID: seataServer.properties
Group: SEATA_GROUP

添加以下seataServer.properties内容，需要自行修改seata数据库连接。

service.vgroupMapping.default-tx-group=default
service.default.grouplist=127.0.0.1:8091
service.enableDegrade=false
service.disableGlobalTransaction=false
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
store.db.user=root
store.db.password=root
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

修改Seata配置文件application.yml

修改seata-server-1.5.1\seata\conf\application.yml配置文件，修改config、registry的type值为nacos

注意：如果使用了Nacos作为配置中心，那么就不需要在该配置文件中配置store，
Seata会从Nacos配置中心读取。

server:
  port: 7091

spring:
  application:
    name: seata-server

logging:
  config: classpath:logback-spring.xml
  file:
    path: ${user.home}/logs/seata
  extend:
    logstash-appender:
      destination: 127.0.0.1:4560
    kafka-appender:
      bootstrap-servers: 127.0.0.1:9092
      topic: logback_to_logstash

console:
  user:
    username: seata
    password: seata

seata:
  config:
    type: nacos
    nacos:
      server-addr: 127.0.0.1:8848
      namespace:
      group: SEATA_GROUP
      username: nacos
      password: nacos
      data-id: seataServer.properties
  registry:
    type: nacos
    nacos:
      application: seata-server
      server-addr: 127.0.0.1:8848
      group: SEATA_GROUP
      namespace:
      cluster: default
      username: nacos
      password: nacos
  security:
    secretKey: SeataSecretKey0c382ef121d778043159209298fd40bf3850a017
    tokenValidityInMilliseconds: 1800000
    ignore:
      urls: /,/**/*.css,/**/*.js,/**/*.html,/**/*.map,/**/*.svg,/**/*.png,/**/*.ico,/console-fe/public/**,/api/v1/auth/login

启动Seata服务

进入bin目录启动Seata，Seata服务默认端口是8091、客户端端口7091

window下运行seata-server.bat
linux下运行seata-server.sh

输出以下信息表示启动成功：

Seata客户端搭建

在业务数据库中需要加入undo_log表

CREATE TABLE `undo_log` (
  `id` bigint(20) NOT NULL AUTO_INCREMENT,
  `branch_id` bigint(20) NOT NULL,
  `xid` varchar(100) NOT NULL,
  `context` varchar(128) NOT NULL,
  `rollback_info` longblob NOT NULL,
  `log_status` int(11) NOT NULL,
  `log_created` datetime NOT NULL,
  `log_modified` datetime NOT NULL,
  `ext` varchar(100) DEFAULT NULL,
  PRIMARY KEY (`id`),
  UNIQUE KEY `ux_undo_log` (`xid`,`branch_id`)
) ENGINE=InnoDB AUTO_INCREMENT=19 DEFAULT CHARSET=utf8;

Seata依赖

    com.alibaba.cloud
    spring-cloud-starter-alibaba-seata
    2.2.3.RELEASE

application.yml配置

server:
  port: 8090
spring:
  application:
    name: kexuekt-integral
  datasource:
    url: jdbc:mysql://${MY_MYSQL_URL}/integral?useUnicode=true&characterEncoding=UTF-8&serverTimezone=GMT
    username: ${MY_MYSQL_USERNAME}
    password: ${MY_MYSQL_PASSWORD}
    driver-class-name: com.mysql.jdbc.Driver

seata:
  enabled: true
  enable-auto-data-source-proxy: true
  tx-service-group: default-tx-group
  service:
    vgroup-mapping:
      default-tx-group: default
    grouplist:
      default: 127.0.0.1:8091  # Seata服务地址
    disable-global-transaction: false
  client:
    rm:
      report-success-enable: false

注意：seata:tx-service-group:vgroup-mapping的值要和seataServer.properties中的值一致。

使用分布式事务

在TM发起方的方法上添加注解@GlobalTransactional，即可。
说明：RM参与方不需要填加该注解，RM会根据传统过来的XID将自己注册到TC中，由TC统一管理事务。

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