6 张图带你彻底搞懂分布式事务 XA 模式

简介： XA 协议是由 X/Open 组织提出的分布式事务处理规范，主要定义了事务管理器 TM 和局部资源管理器 RM 之间的接口。目前主流的数据库，比如 oracle、DB2 都是支持 XA 协议的。

作者 | 朱晋君
来源 |阿里巴巴云原生公众号

XA 协议是由 X/Open 组织提出的分布式事务处理规范，主要定义了事务管理器 TM 和局部资源管理器 RM 之间的接口。目前主流的数据库，比如 oracle、DB2 都是支持 XA 协议的。

mysql 从 5.0 版本开始，innoDB 存储引擎已经支持 XA 协议，今天的源码介绍实验环境使用的是 mysql 数据库。

两阶段提交

分布式事务的两阶段提交是把整个事务提交分为 prepare 和 commit 两个阶段。以电商系统为例，分布式系统中有订单、账户和库存三个服务，如下图：

第一阶段，事务协调者向事务参与者发送 prepare 请求，事务参与者收到请求后，如果可以提交事务，回复 yes，否则回复 no。

第二阶段，如果所有事务参与者都回复了 yes，事务协调者向所有事务参与者发送 commit 请求，否则发送 rollback 请求。

两阶段提交存在三个问题：

• 同步阻塞，本地事务在 prepare 阶段锁定资源，如果有其他事务也要修改 xiaoming 这个账户，就必须等待前面的事务完成。这样就造成了系统性能下降。
• 协调节点单点故障，如果第一个阶段 prepare 成功了，但是第二个阶段协调节点发出 commit 指令之前宕机了，所有服务的数据资源处于锁定状态，事务将无限期地等待。
• 数据不一致，如果第一阶段 prepare 成功了，但是第二阶段协调节点向某个节点发送 commit 命令时失败，就会导致数据不一致。

三阶段提交

为了解决两阶段提交的问题，三阶段提交做了改进：

• 在协调节点和事务参与者都引入了超时机制。
• 第一阶段的 prepare 阶段分成了两步，canCommi 和 preCommit。

如下图：

引入 preCommit 阶段后，协调节点会在 commit 之前再次检查各个事务参与者的状态，保证它们的状态是一致的。但是也存在问题，那就是如果第三阶段发出 rollback 请求，有的节点没有收到，那没有收到的节点会在超时之后进行提交，造成数据不一致。

XA 事务语法介绍

xa 事务的语法如下：

1. 三阶段的第一阶段：开启 xa 事务，这里 xid 为全局事务 id：

XA {START|BEGIN} xid [JOIN|RESUME]

结束 xa 事务：

XA END xid [SUSPEND [FOR MIGRATE]]

1. 三阶段的第二阶段，即 prepare：

XA PREPARE xid

1. 三阶段的第三阶段，即 commit/rollback：

XA COMMIT xid [ONE PHASE]
XA ROLLBACK xid

1. 查看处于 PREPARE 阶段的所有事务：

XA RECOVER XA RECOVER [CONVERT XID]

seata XA 简介

seata 是阿里推出的一款开源分布式事务解决方案，目前有 AT、TCC、SAGA、XA 四种模式。

seata 的 XA 模式是利用分支事务中数据库对 XA 协议的支持来实现的。我们看一下 seata 官网的介绍：[1]

从上面的图可以看到，seata XA 模式的流程跟其他模式一样：

1. TM 开启全局事务
2. RM 向 TC 注册分支事务
3. RM 向 TC 报告分支事务状态
4. TC 向 RM 发送 commit/rollback 请求
5. TM 结束全局事务

这里介绍一下 RM 客户端初始化关联的 UML 类图：[2]

这个图中有一个类是 AbstractNettyRemotingClient，这个类的内部类 ClientHandler 来处理 TC 发来的请求并委托给父类 AbstractNettyRemoting 的 processMessage 方法来处理。processMessage 方法调用 RmBranchCommitProcessor 类的 process 方法。

需要注意的是，「seata 的 xa 模式对传统的三阶段提交做了优化，改成了两阶段提交」:

• 第一阶段首执行 XA 开启、执行 sql、XA 结束三个步骤，之后直接执行 XA prepare。
• 第二阶段执行 XA commit/rollback。

mysql 目前是支持 seata xa 模式的两阶段优化的。

「但是这个优化对 oracle 不支持，因为 oracle 实现的是标准的 xa 协议，即 xa end 后，协调节点向事务参与者统一发送 prepare，最后再发送 commit/rollback。这也导致了 seata 的 xa 模式对 oracle 支持不太好。」

seata XA 源码

seata 中的 XA 模式是使用数据源代理来实现的，需要手动配置数据源代理，代码如下：

@Bean
@ConfigurationProperties(prefix = "spring.datasource")
public DruidDataSource druidDataSource() {
    return new DruidDataSource();
}

@Bean("dataSourceProxy")
public DataSource dataSource(DruidDataSource druidDataSource) {
    return new DataSourceProxyXA(druidDataSource);
}

• 也可以根据普通 DataSource 来创建 XAConnection，但是这种方式有兼容性问题（比如 oracle），所以 seata 使用了开发者自己配置 XADataSource。
• seata 提供的 XA 数据源代理，要求代码框架中必须使用 druid 连接池。

1. XA 第一阶段

当 RM 收到 DML 请求后，seata 会使用 ExecuteTemplateXA来执行，执行方法 execute 中有一个地方很关键，就是把 autocommit 属性改为了 false，而 mysql 默认 autocommit 是 true。事务提交之后，还要把 autocommit 改回默认。

下面我们看一下 XA 第一阶段提交的主要代码。

1）开启 XA

上面代码标注[1]处，调用了 ConnectionProxyXA 类的 setAutoCommit 方法，这个方法的源代码中，XA start 主要做了三件事：

• 向 TC 注册分支事务
• 调用数据源的 XA Start

xaResource.start(this.xaBranchXid, XAResource.TMNOFLAGS);

• 把 xaActive 设置为 true

RM 并没有直接使用 TC 返回的 branchId 作为 xa 数据源的 branchId，而是使用全局事务 id(xid) 和 branchId 重新构建了一个。

2）执行 sql

调用 PreparedStatementProxyXA 的 execute 执行 sql。

3）XA end/prepare

public void commit() throws SQLException {
    //省略部分源代码
    try {
        // XA End: Success
        xaResource.end(xaBranchXid, XAResource.TMSUCCESS);
        // XA Prepare
        xaResource.prepare(xaBranchXid);
        // Keep the Connection if necessary
        keepIfNecessary();
    } catch (XAException xe) {
        try {
            // Branch Report to TC: Failed
            DefaultResourceManager.get().branchReport(BranchType.XA, xid, xaBranchXid.getBranchId(),
                BranchStatus.PhaseOne_Failed, null);
        } catch (TransactionException te) {
            //这儿只打印了一个warn级别的日志
        }
        throw new SQLException(
            "Failed to end(TMSUCCESS)/prepare xa branch on " + xid + "-" + xaBranchXid.getBranchId() + " since " + xe
                .getMessage(), xe);
    } finally {
        cleanXABranchContext();
    }
}

从这个源码我们看到，commit 主要做了三件事：

• 调用数据源的 XA end
• 调用数据源的 XA prepare
• 向 TC 报告分支事务状态

到这里我们就可以看到，seata 把 xa 协议的前两个阶段合成了一个阶段。

2. XA commit

这里的调用关系用一个时序图来表示：

看一下 RmBranchCommitProcessor 类的 process 方法，代码如下：

@Override
public void process(ChannelHandlerContext ctx, RpcMessage rpcMessage) throws Exception {
    String remoteAddress = NetUtil.toStringAddress(ctx.channel().remoteAddress());
    Object msg = rpcMessage.getBody();
    if (LOGGER.isInfoEnabled()) {
        LOGGER.info("rm client handle branch commit process:" + msg);
    }
    handleBranchCommit(rpcMessage, remoteAddress, (BranchCommitRequest) msg);
}

从调用关系时序图可以看出，上面的 handleBranchCommit 方法最终调用了 AbstractRMHandler 的 handle 方法，最后通过 branchCommit 方法调用了 ResourceManagerXA 类的 finishBranch 方法。
ResourceManagerXA 类是 XA 模式的资源管理器，看下面这个类图，也就是 seata 中资源管理器（RM）的 UML 类图：

上面的 finishBranch 方法调用了 connectionProxyXA.xaCommit 方法，我们最后看一下 xaCommit 方法：

public void xaCommit(String xid, long branchId, String applicationData) throws XAException {
    XAXid xaXid = XAXidBuilder.build(xid, branchId);
 //因为使用mysql，这里xaResource是MysqlXAConnection
    xaResource.commit(xaXid, false);
    releaseIfNecessary();
}

上面调用了数据源的 commit 方法，提交了 RM 分支事务。

到这里，整个 RM 分支事务就结束了。Rollback 的代码逻辑跟 commit 类似。

最后要说明的是，上面的 xaResource，是 mysql-connector-java.jar 包中的 MysqlXAConnection 类实例，它封装了 mysql 提供的 XA 协议接口。

总结

seata 中 XA 模式的实现是使用数据源代理完成的，底层使用了数据库对 XA 协议的原生支持。

mysql 的 java 驱动库中，MysqlXAConnection 类封装类 XA 协议的底层接口供外部调用。

跟 TCC 和 SAGA 模式需要在业务代码中实现 prepare/commit/rollback 逻辑相比，XA 模式对业务代码无侵入。

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