Distributed--2PC和3PC

参考

http://www.javashuo.com/article/p-tciejkkc-ko.html

http://www.javashuo.com/article/p-cbmjybgy-da.html

http://www.javashuo.com/article/p-derlvkbc-gc.html

 

在分布式系统中,每个机器节点虽然都可以明确地知道本身在进行事务操做过程当中的结果是成功或失败,但却没法直接获取到其余分布式节点的操做结果.所以,当一个事务操做须要跨越多个分布式节点的时候,为了保持事务处理的ACID特性,就须要引入一个称为协调者(Coordinator)的组件来统一调度全部分布式节点的执行逻辑,这些调度的分布式节点则被称为参与者(Participant).协调者负责调用参与者的行为,并最终决定这些参与者是否要把事务真正进行提交.

基于这个思想,衍生出了二阶段提交(2PC)和三阶段提交(3PC)两种协议.

 

2PC

2PC,是Two-Phase Commit的缩写,即二阶段提交,是计算机网络尤为是在数据库领域内,为了是基于分布式系统架构下的全部节点在进行事务处理过程当中可以保持原子性和一致性而设计的一种算法.

一般,二阶段提交协议也被认为是一种一致性协议,用来保证分布式系统数据的一致性.

目前,绝大部分的关系型数据库都是采用二阶段提交协议来完成事务处理的,利用该协议可以很是方便地完成全部分布式事务参与者的协调,统一决定事务的提交或回滚,从而可以有效地保证分布式数据一致性,所以二阶段提交协议被普遍的应用在许多分布式系统中.

 

阶段一: 提交事务请求(投票阶段)

1. 事务询问
   协调者向全部的参与者发送事务内容,询问是否能够执行事务提交操做,并开始等待各参与者的响应.
2. 执行事务
   各参与者节点执行事务操做, 并将Undo和Redo信息记入事务日志中.
3. 各参与者向协调者反馈事务询问的响应
   若是参与者成功执行了事务操做,那么就反馈给协调者Yes响应,表示事务能够执行;若是参与者没有成功执行事务,那么就反馈给协调者No响应,表示事务不能够执行.

 

阶段二: 执行事务提交(执行阶段)

在阶段二中, 协调者会根据各参与者的反馈状况来决定最终是否能够进行事务提交的操做,正常状况下,包含如下两种可能.

执行事务提交

假设协调者从全部的参与者得到的反馈都是Yes响应,那么就会执行事务提交.

1. 发送提交请求
   协调者向全部参与者节点发出Commit请求.
2. 事务提交反馈事务
   参与者接收到Commit请求后,会正式执行事务提交操做,并在完成提交以后释放在整个事务执行期间占用的事务资源.
3. 提交结果
   参与者在完成事务提交以后,向协调者发送Ack消息.
4. 完成事务
   协调者接收到全部参与者反馈的Ack消息后,完成事务.

 

中断事务

假如任何一个参与者向协调者反馈了No响应,或者在等待超时以后,协调者尚没法接收到全部参与者的反馈响应,那么就会中断事务.

1. 发送回滚请求
   协调者向全部参与者节点发出Rollback请求.
2. 事务回滚
   参与者接收到Rollback请求后,会利用其在阶段一中记录的Undo信息来执行事务回滚操做,并在完成回滚以后释放在整个事务执行期间占用的资源.
3. 反馈事务回滚结果
   参与者在完成事务回滚以后,向协调者发送Ack消息.
4. 中断事务
   协调者接收到全部参与者反馈的Ack消息后,完成事务中断.

 

阶段二故障分析

只分析协调者和参与者都挂掉的状况

scene1:存在参与者执行了commit(或rollback)操做

 

scene2:问了一圈参与者都是未开始commit(或rollback)

 

总结

简单地讲,二阶段提交将一个事务的处理过程分为了投票和执行两个阶段,其核心是对每一个事务都采用先尝试后提交的处理方式,所以也能够将二阶段提交看作一个强一致性的算法.

优势

原理简单,实现方便

缺点

1. 同步阻塞
   在二阶段提交的执行过程当中,全部参与该事务操做的逻辑都处于阻塞状态,也就是说,各个参与者在等待其余参与者响应的过程当中,将没法进行其余任何操做.
2. 单点问题
   一旦协调者出现问题,那么整个二阶段提交流程将没法运转,更为严重的是,若是协调者是在阶段二中出现问题的话,那么其余参与者将会一直处于事务资源的状态中,而没法继续完成事务操做.
3. 数据不一致
   可能发生只有部分参与者接收到了Commit请求,因而这部分收到了Commit请求的参与者就会进行事务提交,而其余没有收到Commit请求的参与者则没法进行事务提交,因而整个分布式系统便出现了数据不一致现象.
4. 太过保守
   二阶段提交协议没有设计较为完善的容错机制,任意一个节点的失败都会致使整个事务的失败.

 

 

3PC

3PC,是Three-Phase Commit的缩写,即三阶段提交,是2PC的改进版,其将二阶段提交协议的提交事务请求过程一分为二,造成了由CanCommit,PreCommit和doCommit三个阶段组成的事务处理协议.

 

阶段一: canCommit

 

1. 事务询问
   协调者向全部的参与者发送一个包含事务内容的canCommit请求,询问是否能够执行事务提交操做,并开始等待各参与者的响应.
2. 各参与者向协调者反馈事务询问的响应
   参与者在接收到来自协调者的canCommit请求后,正常状况下,若是其自身认为能够顺利执行事务,那么会反馈Yes响应,并进入预备状态,不然反馈No响应.

 

阶段二: preCommit

在阶段二中,协调者会根据各参与者的反馈状况来肯定是否能够进行事务的preCommit操做,正常状况下,包含两种可能.

执行事务预提交

假如协调者从全部的参与者得到的反馈都是Yes响应,那么就会执行事务预提交.

1. 发送预提交请求
   协调者向全部参与者发出preCommit的请求,并进入Prepared阶段.
2. 事务预提交
    参与者接收到preCommit请求后,会执行事务操做,并将Undo和Redo信息记录到事务日志中.
3. 各参与者向协调者反馈事务执行的响应
   若是参与者成功执行了事务操做,那么就会反馈给协调者Ack响应,同时等待最终的指令:提交(commit)或终止(abort).

 

中断事务

假如任何一个从参与者向协调者反馈了No响应,或者在等待超时以后,协调者尚没法接受到全部参与者的反馈响应,那么就会中断事务.

1. 发送中断请求
   协调者向全部参与者节点发出abort请求.
2. 中断事务
   不管是收到来自协调者的abort请求,或者是在等待协调者请求过程当中出现超时,参与者都会中断事务.

 

阶段三: doCommit

该阶段将进行真正的事务提交,会存在两种可能的状况.

须要注意的是,一旦进入阶段三,可能会存在如下两种故障.

1. 协调者出现问题
2. 协调者和参与者之间的网络出现故障

不管出现哪一种状况,最终都会致使参与者没法及时接收到来自协调者的doCommit或是abort请求,针对这样的异常状况,参与者都会在等待超时以后,继续进行事务提交.

执行提交

1. 发送提交请求
   进入这一阶段,假设协调者处于正常工做状态,而且它接收到了来自全部参与者的Ack响应,那么它将从预提交状态转换到提交状态,并向全部的参与者发送doCommit请求
2. 事务提交
   参与者接收到doCommit请求后,会正式执行事务提交操做,并在完成提交以后释放在整个事务执行期间占用的事务资源
3. 反馈事务提交结果
   参与者在完成事务提交以后,向协调者发送Ack消息
4. 完成事务
   协调者接收到全部参与者反馈的Ack消息后,完成事务

 

中断事务

进入这一阶段,假设协调者处于正常工做状态,而且有任意一个参与者向协调者反馈了No响应,或者在等待超时以后,协调者尚没法接收到全部参与者的反馈响应,那么就会中断事务.

1. 发送中断请求
   协调者向全部的参与者节点发送Abort请求
2. 事务回滚
   参与者接收到Abort请求后,会利用其在阶段二中记录的Undo信息来执行事务回滚操做,并在完成回滚以后释放在整个事务执行期间占用的资源
3. 反馈事务回滚结果
   参与者在完成事务回滚以后,向协调者发送Ack消息
4. 中断事务
   协调者接收到全部从参与者反馈的Ack消息后,中断事务

 

总结

优势

相较于二阶段提交协议,三阶段提交协议最大的优势就是下降了参与者的阻塞范围,而且可以在出现单点故障后继续达成一致.

缺点

三阶段提交协议在去除阻塞的同时也引入了新的问题,那就是在参与者接收到PreCommit消息后,若是网络出现分区,此时协调者所在的节点和参与者没法进行正常的通讯,在这种状况下,该参与者依然会进行事务提交,这必然会出现数据的不一致性.