分布式系统 - 剖析和应对分布式事务的棘手难题（上）

后端

2023-11-03 10:45:05

分布式事务的困扰与应对之策

分布式系统早已成为现代软件架构的主流，它以其强大的扩展性、高可用性和弹性等优点征服了众多企业和组织。然而，分布式系统也带来了新的挑战，其中之一便是分布式事务。

什么是分布式事务？顾名思义，分布式事务是指跨越多个独立数据库或服务的事务。与传统的本地事务不同，分布式事务涉及多个参与者，每个参与者都拥有自己的数据和业务逻辑。因此，在分布式事务中，如何确保数据的一致性和完整性是一个关键的难题。

分布式事务的困扰

数据一致性： 分布式事务中最大的挑战之一便是如何保证数据的一致性。由于分布式系统中的数据分布在不同的数据库或服务中，因此在执行分布式事务时，需要确保所有参与者在同一时刻看到相同的数据。否则，就会导致数据不一致的问题，从而可能对业务造成严重的影响。
原子性： 分布式事务的另一个关键特性是原子性，即事务中的所有操作要么全部成功，要么全部失败。如果其中一个操作失败，那么整个事务都应该回滚，以确保数据的一致性。在分布式系统中，由于网络延迟和故障等因素，实现原子性是十分困难的。
隔离性： 隔离性是指在分布式事务中，一个事务的执行不能影响其他事务的执行。在传统的本地事务中，隔离性很容易实现，但分布式系统中，由于多个事务可能同时访问同一个数据，因此实现隔离性就变得非常困难。
持久性： 持久性是指分布式事务的结果一旦提交，就应该永久保存下来，即使系统发生故障也不会丢失。在分布式系统中，由于网络延迟和故障等因素，实现持久性也面临着诸多挑战。

应对之策

虽然分布式事务的难题重重，但并非无法应对。以下是一些有效的应对之策：

两阶段提交（2PC）： 两阶段提交是一种经典的分布式事务协议，它分为准备阶段和提交阶段。在准备阶段，事务协调者向所有参与者发送准备请求，参与者在收到请求后，将数据更新到本地日志，但不提交。在提交阶段，事务协调者向所有参与者发送提交请求，参与者在收到请求后，将本地日志提交到数据库，从而完成事务。
三阶段提交（3PC）： 三阶段提交是一种比两阶段提交更加可靠的分布式事务协议，它分为请求阶段、预备阶段和提交阶段。在请求阶段，事务协调者向所有参与者发送请求，参与者在收到请求后，将数据更新到本地日志，但不提交。在预备阶段，事务协调者向所有参与者发送预备请求，参与者在收到请求后，将本地日志提交到数据库，但还不提交到持久存储。在提交阶段，事务协调者向所有参与者发送提交请求，参与者在收到请求后，将数据提交到持久存储，从而完成事务。
XA协议： XA协议是一种标准的分布式事务协议，它允许应用程序在不同的数据库之间执行分布式事务。XA协议与两阶段提交协议类似，但它提供了更加丰富的功能，例如分支事务和补偿事务。
乐观并发控制： 乐观并发控制是一种分布式事务的实现方式，它允许事务在没有锁定数据的情况下执行。在乐观并发控制中，事务在提交时检查数据是否发生变化，如果发生变化，则回滚事务。乐观并发控制可以提高分布式事务的并发性，但也可能会导致死锁和脏读等问题。
悲观并发控制： 悲观并发控制是一种分布式事务的实现方式，它在事务执行期间对数据进行锁定，以防止其他事务修改数据。悲观并发控制可以保证数据的一致性，但可能会导致事务的并发性降低。