分布式事務(wù)之2PC兩階段提交

1. 分布式事務(wù)概述

1.1 問題背景

在分布式系統(tǒng)中，業(yè)務(wù)操作可能跨越多個服務(wù)或數(shù)據(jù)庫（如訂單服務(wù)、庫存服務(wù)、支付服務(wù)），傳統(tǒng)單機(jī)事務(wù)（ACID）無法滿足跨網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)一致性需求。

網(wǎng)絡(luò)不可靠：服務(wù)間調(diào)用可能失敗或超時。
數(shù)據(jù)一致性：不同節(jié)點(diǎn)間的狀態(tài)需最終一致。
性能與可用性：避免長時間鎖資源導(dǎo)致系統(tǒng)阻塞。

分布式事務(wù)的核心目標(biāo)是確保 跨服務(wù)/數(shù)據(jù)庫的操作要么全部成功，要么全部回滾。

2. 兩階段提交（2PC）

原理

階段一（Prepare）：協(xié)調(diào)者詢問所有參與者是否可提交，參與者鎖定資源并返回“同意”或“拒絕”。
階段二（Commit/Rollback）：若所有參與者同意，協(xié)調(diào)者發(fā)送提交命令；否則發(fā)送回滾命令。

以下是一個簡化的 Java 兩階段提交（2PC） 具體實(shí)現(xiàn)示例，包含協(xié)調(diào)者（Coordinator）和參與者（Participant）的核心邏輯。代碼通過模擬數(shù)據(jù)庫操作展示2PC的關(guān)鍵流程：

1. 參與者（Participant）實(shí)現(xiàn)

每個參與者代表一個獨(dú)立的數(shù)據(jù)庫或服務(wù)，需支持準(zhǔn)備（Prepare）、提交（Commit）、回滾（Rollback）操作。

import java.util.concurrent.atomic.AtomicBoolean;

/**
 * 參與者（如數(shù)據(jù)庫或服務(wù)）
 */
public class Participant {
    private String name;          // 參與者名稱（如"DB1"）
    private AtomicBoolean prepared = new AtomicBoolean(false);  // 準(zhǔn)備狀態(tài)
    private AtomicBoolean committed = new AtomicBoolean(false); // 提交狀態(tài)

    public Participant(String name) {
        this.name = name;
    }

    /**
     * 階段一：準(zhǔn)備操作（鎖定資源）
     * @return true表示準(zhǔn)備成功，false表示失敗
     */
    public boolean prepare() {
        try {
            // 模擬資源鎖定，實(shí)際可能為操作數(shù)據(jù)庫
            System.out.println(name + ": Trying to prepare...");
            Thread.sleep(100);  // 模擬網(wǎng)絡(luò)延遲
            boolean success = Math.random() > 0.2;  // 80%概率成功
            if (success) {
                prepared.set(true);
                System.out.println(name + ": Prepared successfully.");
                return true;
            } else {
                System.out.println(name + ": Prepare failed.");
                return false;
            }
        } catch (InterruptedException e) {
            Thread.currentThread().interrupt();
            return false;
        }
    }

    /**
     * 階段二：提交操作
     */
    public void commit() {
        if (prepared.get()) {
            // 實(shí)際提交事務(wù)（如更新數(shù)據(jù)庫）
            committed.set(true);
            System.out.println(name + ": Committed.");
        } else {
            System.out.println(name + ": Cannot commit without preparation.");
        }
    }

    /**
     * 階段二：回滾操作
     */
    public void rollback() {
        if (prepared.get()) {
            // 實(shí)際回滾事務(wù)（如恢復(fù)數(shù)據(jù)）
            prepared.set(false);
            System.out.println(name + ": Rolled back.");
        } else {
            System.out.println(name + ": No need to rollback.");
        }
    }

    // 檢查是否已提交
    public boolean isCommitted() {
        return committed.get();
    }
}

2. 協(xié)調(diào)者（Coordinator）實(shí)現(xiàn)

協(xié)調(diào)者負(fù)責(zé)管理所有參與者，驅(qū)動兩階段提交流程。

import java.util.List;

/**
 * 協(xié)調(diào)者（事務(wù)管理器）
 */
public class Coordinator {
    private List<Participant> participants;

    public Coordinator(List<Participant> participants) {
        this.participants = participants;
    }

    /**
     * 執(zhí)行兩階段提交事務(wù)
     * @return true表示事務(wù)成功提交，false表示失敗
     */
    public boolean executeTransaction() {
        System.out.println("===== Phase 1: Prepare =====");
        boolean allPrepared = participants.stream()
                .allMatch(Participant::prepare);

        System.out.println("===== Phase 2: Commit/Rollback =====");
        if (allPrepared) {
            participants.forEach(Participant::commit);
            System.out.println("Transaction committed successfully.");
            return true;
        } else {
            participants.forEach(Participant::rollback);
            System.out.println("Transaction rolled back due to failures.");
            return false;
        }
    }
}

3. 客戶端測試代碼

模擬包含兩個參與者的分布式事務(wù)場景。

import java.util.Arrays;

public class TwoPhaseCommitDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 創(chuàng)建兩個參與者（如數(shù)據(jù)庫DB1和DB2）
        Participant db1 = new Participant("DB1");
        Participant db2 = new Participant("DB2");

        // 創(chuàng)建協(xié)調(diào)者并關(guān)聯(lián)參與者
        Coordinator coordinator = new Coordinator(Arrays.asList(db1, db2));

        // 執(zhí)行兩階段提交事務(wù)
        boolean success = coordinator.executeTransaction();

        // 輸出最終狀態(tài)
        System.out.println("\nFinal Status:");
        System.out.println("DB1 Committed: " + db1.isCommitted());
        System.out.println("DB2 Committed: " + db2.isCommitted());
        System.out.println("Transaction Result: " + (success ? "SUCCESS" : "FAILURE"));
    }
}

4. 運(yùn)行結(jié)果示例

成功場景（所有參與者準(zhǔn)備成功）

===== Phase 1: Prepare =====
DB1: Trying to prepare...
DB1: Prepared successfully.
DB2: Trying to prepare...
DB2: Prepared successfully.
===== Phase 2: Commit/Rollback =====
DB1: Committed.
DB2: Committed.
Transaction committed successfully.

Final Status:
DB1 Committed: true
DB2 Committed: true
Transaction Result: SUCCESS

失敗場景（某一參與者準(zhǔn)備失敗）

===== Phase 1: Prepare =====
DB1: Trying to prepare...
DB1: Prepared successfully.
DB2: Trying to prepare...
DB2: Prepare failed.
===== Phase 2: Commit/Rollback =====
DB1: Rolled back.
DB2: No need to rollback.
Transaction rolled back due to failures.

Final Status:
DB1 Committed: false
DB2 Committed: false
Transaction Result: FAILURE

5. 關(guān)鍵點(diǎn)說明

階段一（Prepare）
- 協(xié)調(diào)者詢問所有參與者是否可以提交。
- 參與者鎖定資源并記錄操作日志。
- 任一參與者失敗則整個事務(wù)回滾。
階段二（Commit/Rollback）
- 若所有參與者準(zhǔn)備成功，協(xié)調(diào)者發(fā)送提交命令。
- 若任一參與者失敗，協(xié)調(diào)者發(fā)送回滾命令。
代碼簡化說明
- 實(shí)際應(yīng)用中需處理網(wǎng)絡(luò)超時、重試和持久化日志。
- 分布式場景下需使用RPC或HTTP替代本地方法調(diào)用。
- 生產(chǎn)環(huán)境建議使用成熟的XA協(xié)議實(shí)現(xiàn)（如Atomikos、Narayana）。

6. 2PC的局限性

同步阻塞：參與者在Prepare階段后需阻塞等待協(xié)調(diào)者指令。
單點(diǎn)故障：協(xié)調(diào)者宕機(jī)可能導(dǎo)致事務(wù)懸掛。
數(shù)據(jù)不一致：協(xié)調(diào)者與參與者在Commit階段同時宕機(jī)時，可能部分提交。

關(guān)注微信公眾號，查看更多技術(shù)文章。

posted @ 2025-02-01 14:08 DF-Link 閱讀(522) 評論(0) 收藏舉報

刷新頁面返回頂部