分布式事务专题笔记（三）分布式事务解决方案之TCC（三阶段提交）

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1.什么是TCC事务

TCC是Try、Confifirm、Cancel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Confifirm、撤销Cancel。Try操作做业务检查及资源预留，Confifirm做业务确认操作，Cancel实现一个与Try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Confifirm操作，其中Confifirm/Cancel操作若执行失败，TM会进行重试。

 

              ​

分支事务失败的情况：

              ​

TCC分为三个阶段：

 

1. Try 阶段是做业务检查(一致性)及资源预留(隔离)，此阶段仅是一个初步操作，它和后续的Confifirm 一起才能真正构成一个完整的业务逻辑。

2. Confifirm 阶段是做确认提交，Try阶段所有分支事务执行成功后开始执行 Confifirm。通常情况下，采用TCC则认为 Confifirm阶段是不会出错的。即：只要Try成功，Confifirm一定成功。若Confifirm阶段真的出错了，需引入重试机制或人工处理。

 

3. Cancel 阶段是在业务执行错误需要回滚的状态下执行分支事务的业务取消，预留资源释放。通常情况下，采用TCC则认为Cancel阶段也是一定成功的。若Cancel阶段真的出错了，需引入重试机制或人工处理。

 

4. TM事务管理器

TM事务管理器可以实现为独立的服务，也可以让全局事务发起方充当TM的角色，TM独立出来是为了成为公用组件，是为了考虑系统结构和软件复用。

 

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，用来记录事务上下文，

追踪和记录状态，由于Confifirm 和cancel失败需进行重试，因此需要实现为幂等，幂等性是指同一个操作无论请求

多少次，其结果都相同。

 

 

2.TCC 解决方案

目前市面上的TCC框架众多比如下面这几种：

 

（以下数据采集日为2019年07月11日）

 

框架名称	Gitbub地址	star数量
tcc-transaction	https://github.com/changmingxie/tcc-transaction	3850
Hmily	https://github.com/yu199195/hmily	2407
ByteTCC	https://github.com/liuyangming/ByteTCC
EasyTransaction	https://github.com/QNJR-GROUP/EasyTransaction	1690

上一节所讲的Seata也支持TCC，但Seata的TCC模式对Spring Cloud并没有提供支持。我们的目标是理解TCC的原理以及事务协调运作的过程，因此更请倾向于轻量级易于理解的框架，因此最终确定了Hmily。

 

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（JDK1.8），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，protostuffff。
• 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、Confifirm、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。Confifirm/Cancel业务逻辑，只是因为全局事务提交/回滚的需要才提供的，因此Confifirm/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：https://dromara.org/website/zh-cn/docs/hmily/index.html

TCC需要注意三种异常处理分别是空回滚、幂等、悬挂:

空回滚：

 

在没有调用 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。

解决思路是关键就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 和分支事务 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。

 

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、Confifirm 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，每次执行前都查询该状态。

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。

解决思路是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。

方案1：

账户A

 

try：
    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1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。 Confifirm 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 Confifirm 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1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、confifirm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、confifirm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confifirm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

 

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

try：
        空
confirm：
        confirm幂等校验
        正式增加30元
cancel：
        空

3、Hmily实现TCC事务

3.1.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。

​

3.2.程序组成部分

数据库：MySQL-5.7.25

 

JDK：64位 jdk1.8.0_201

 

微服务：spring-boot-2.1.3、spring-cloud-Greenwich.RELEASE

 

Hmily：hmily-springcloud.2.0.4-RELEASE

 

 

微服务及数据库的关系 ：

 

dtx/dtx-tcc-demo/dtx-tcc-demo-bank1 银行1，操作张三账户， 连接数据库bank1

dtx/dtx-tcc-demo/dtx-tcc-demo-bank2 银行2，操作李四账户，连接数据库bank2

服务注册中心：dtx/discover-server

 

3.3.创建数据库

导入数据库脚本：资料\sql\bank1.sql、资料\sql\bank2.sql、已经导过不用重复导入。

 

创建hmily数据库，用于存储hmily框架记录的数据。

 

CREATE DATABASE `hmily` CHARACTER SET 'utf8' COLLATE 'utf8_general_ci';

创建bank1库，并导入以下表结构和数据(包含张三账户)

 

CREATE DATABASE `bank1` CHARACTER SET 'utf8' COLLATE 'utf8_general_ci';

DROP TABLE IF EXISTS `account_info`;
CREATE TABLE `account_info` (
`id` bigint(20) NOT NULL AUTO_INCREMENT,
`account_name` varchar(100) CHARACTER SET utf8 COLLATE utf8_bin NULL DEFAULT NULL COMMENT '户 主姓名',
`account_no` varchar(100) CHARACTER SET utf8 COLLATE utf8_bin NULL DEFAULT NULL COMMENT '银行 卡号',
`account_password` varchar(100) CHARACTER SET utf8 COLLATE utf8_bin NULL DEFAULT NULL COMMENT '帐户密码',
`account_balance` double NULL DEFAULT NULL COMMENT '帐户余额',
PRIMARY KEY (`id`) USING BTREE ) ENGINE = InnoDB AUTO_INCREMENT = 5 CHARACTER SET = utf8 COLLATE = utf8_bin ROW_FORMAT = Dynamic;
INSERT INTO `account_info` VALUES (2, '张三的账户', '1', '', 10000);

创建bank2库，并导入以下表结构和数据(包含李四账户)

 

CREATE DATABASE `bank2` CHARACTER SET 'utf8' COLLATE 'utf8_general_ci';

CREATE TABLE `account_info` (
`id` bigint(20) NOT NULL AUTO_INCREMENT,
`account_name` varchar(100) CHARACTER SET utf8 COLLATE utf8_bin NULL DEFAULT NULL COMMENT '户 主姓名',
`account_no` varchar(100) CHARACTER SET utf8 COLLATE utf8_bin NULL DEFAULT NULL COMMENT '银行 卡号',
`account_password` varchar(100) CHARACTER SET utf8 COLLATE utf8_bin NULL DEFAULT NULL COMMENT '帐户密码',
`account_balance` double NULL DEFAULT NULL COMMENT '帐户余额',
PRIMARY KEY (`id`) USING BTREE
) ENGINE = InnoDB AUTO_INCREMENT = 5 CHARACTER SET = utf8 COLLATE = utf8_bin ROW_FORMAT = Dynamic;
INSERT INTO `account_info` VALUES (3, '李四的账户', '2', NULL, 0);

每个数据库都创建try、confifirm、cancel三张日志表：

 

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=utf8

3.5 discover-server

 

discover-server是服务注册中心，测试工程将自己注册至discover-server。

 

导入：资料\基础代码\dtx 父工程，此工程自带了discover-server，discover-server基于Eureka实现。

 

已经导过不用重复导入。

3.6 导入案例工程dtx-tcc-demo

 

dtx-tcc-demo是tcc的测试工程，根据业务需求需要创建两个dtx-tcc-demo工程。

 

（1）导入dtx-tcc-demo

 

导入：资料\基础代码\dtx-tcc-demo到父工程dtx下。

 

两个测试工程如下：

 

dtx/dtx-tcc-demo/dtx-tcc-demo-bank1 银行1，操作张三账户，连接数据库bank1

 

dtx/dtx-tcc-demo/dtx-tcc-demo-bank2 银行2，操作李四账户，连接数据库bank2

 

（2）引入maven依赖

 

​

（3）配置hmily

application.yml：

 

​

 

新增配置类接收application.yml中的Hmily配置信息，并创建HmilyTransactionBootstrap Bean：

 

​

 

 

​

启动类增加@EnableAspectJAutoProxy并增加org.dromara.hmily的扫描项：

 

​

 

3.7 dtx-tcc-demo-bank1

 

dtx-tcc-demo-bank1实现try和cancel方法，如下：

 

​

 

1）Dao

 

​

 

2）try和cancel方法

 

​

3）feignClient

 

 

​

 

4)Controller

 

​

 

 

4.3.8dtx-tcc-demo-bank2

 

dtx-tcc-demo-bank2实现如下功能：

 

​

1）Dao

 

​

 

2）实现confifirm方法

 

​

 

3）Controller

 

​

3.3.9 测试场景

• 张三向李四转账成功。
• 李四事务失败，张三事务回滚成功。
• 张三事务失败，李四分支事务回滚成功。
• 分支事务超时测试

4、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、confifirm、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。