Spring Boot 与 Seata：深入理解与实践四大分布式事务模式

Derek_Smart2024-06-14 9:37

概述：

在现代微服务架构中，处理跨服务的数据一致性是一个复杂且挑战性的问题。随着服务拆分的细化，传统的事务管理机制不再适用，这就需要一种新的解决方案来确保分布式系统中事务的一致性。Seata，作为一种流行的分布式事务协调器，提供了四种不同的事务模式来应对各种复杂场景：AT、TCC、SAGA 和 XA。本文将带你深入理解这四种模式，并展示如何在 Spring Boot 应用中集成和实践 Seata，从而解锁微服务事务管理的新纪元。

Seata 支持四种事务模式：AT（自动补偿）、TCC（Try-Confirm-Cancel）、SAGA 和 XA。每种模式都有其适用场景和使用方式。 在 Spring Boot 集成 Seata 之后，你可以根据业务需求选择适当的模式，并进行相应的配置和编码以更改和使用这些模式。

AT 模式（默认模式）

AT 模式是 Seata 默认的事务模式，它是基于二阶段提交的自动补偿模式。在 Spring Boot 中，通常不需要做额外配置即可使用 AT 模式，因为它是通过代理数据源自动实现的。

Seata 的 AT（Automatic Transaction) 模式是默认的分布式事务模式，它基于两阶段提交协议（2PC）的变种实现。AT 模式通过代理数据源自动拦截 SQL，记录数据变更的前后镜像，以实现分布式事务的提交和回滚。该模式适合于对一致性要求不是特别高的业务场景，因为它在性能和简单性上相对更优。### 集成 AT 模式

  1. 添加 Seata 依赖 ： 在 Spring Boot 项目的 pom.xml 文件中添加 Seata Starter 依赖：

    xml 复制代码 
    <dependency>
    <groupId>io.seata</groupId>
    <artifactId>seata-spring-boot-starter</artifactId>
    <version>版本号</version>
</dependency>

  2. 配置 Seata ： 在 application.yml 中配置 Seata 相关属性，包括服务分组、服务名、注册中心和配置中心的配置：

    yaml 复制代码 
    seata:
  enabled: true
  application-id: ${spring.application.name}
  tx-service-group: my_tx_group
  client:
    rm:
      report-success-enable: false
      table-meta-check-enable: false
    tm:
      commit-retry-count: 5
      rollback-retry-count: 5
  service:
    vgroup-mapping:
      my_tx_group: default
  registry:
    type: nacos
    nacos:
      server-addr: 127.0.0.1:8848
  config:
    type: nacos
    nacos:
      server-addr: 127.0.0.1:8848
yaml 复制代码 
seata:
 client:
   rm:
     datasource:
       datasource-type: AT

  1. 配置数据源代理： Seata AT 模式需要代理数据源以拦截 SQL。在 Spring Boot 中，可以通过配置类来实现：

    java 复制代码 
    @Configuration
public class DataSourceProxyConfig {

    @Bean @ConfigurationProperties(prefix = "spring.datasource")
    public DataSource dataSource(DataSourceProperties properties) {
        // 配置真实数据源
        DataSource dataSource = properties.initializeDataSourceBuilder().build();
        // 使用 Seata DataSourceProxy 对数据源进行代理
        return new DataSourceProxy(dataSource);
    }
}

  2. 使用 AT 模式进行事务管理 ： 在你的业务代码中，使用 @GlobalTransactional 注解来管理全局事务：

    java 复制代码 
    @Service
public class OrderService {

    @Autowired
    private OrderRepository orderRepository;

    @GlobalTransactional(timeoutMills = 300000, name = "create-order")
    public void createOrder(Order order) {
        // 创建订单逻辑
        orderRepository.save(order);

        // 调用其他服务/数据库操作...

        // 如果需要回滚
        if (someCondition) {
            throw new RuntimeException("触发分布式事务回滚");
        }
    }
}

示例解释

在这个示例中，我们配置了 Seata AT 模式，并在 OrderService 类中使用 @GlobalTransactional 注解声明了一个全局事务。当 createOrder 方法被调用时，Seata 会自动开启一个全局事务。如果在方法执行过程中抛出异常，Seata 会尝试回滚全局事务，确保各个参与的微服务中的本地事务都能回滚到执行前的状态。

请注意，为了确保分布式事务的一致性，调用其他服务进行数据库操作时也需要遵循 Seata 的分布式事务管理规则。这意味着其他服务也需要集成 Seata，并且在涉及数据库操作的方法上使用 @GlobalTransactional 注解。

在使用 AT 模式时，确保 Seata Server 正在运行并且可以被应用访问。此外，由于 AT 模式会对数据库性能产生一定影响，因此在使用前应评估业务场景是否适合。

如果你需要显示地指定使用 AT 模式，可以在 application.yml 中进行以下配置：

yaml 复制代码 
seata:
  client:
    rm:
      datasource:
        datasource-type: AT

TCC 模式

TCC（Try-Confirm-Cancel）模式是 Seata 支持的一种分布式事务模式， 适用于业务操作可以明确分为预留资源（Try）、确认执行（Confirm）和取消执行（Cancel）三个步骤的场景。下面是如何在 Spring Boot 集成 Seata 后更改为 TCC 模式，并给出一个使用示例。

更改为 TCC 模式在 Spring Boot 应用中使用 TCC 模式，首先需要确保已经集成了 Seata，并且 Seata Server 正在运行。 然后按照以下步骤进行：

  1. 定义 TCC 接口： 首先定义一个 TCC 接口，该接口需要包含 Try、Confirm 和 Cancel 三个方法。

    java 复制代码 
    public interface TccActionOne {

    // Try 阶段方法
    @TwoPhaseBusinessAction(name = "prepareCreateOrder", commitMethod = "commit", rollbackMethod = "rollback")
    boolean prepareCreateOrder(BusinessActionContext context, String orderId, String commodityCode, int orderCount);

    // Confirm 阶段方法
    boolean commit(BusinessActionContext context);

    // Cancel 阶段方法
    boolean rollback(BusinessActionContext context);
}

  2. 实现 TCC 接口： 接下来实现 TCC 接口，并标记相应的 Confirm 和 Cancel 方法。

    java 复制代码 
    @Component
public class TccActionOneImpl implements TccActionOne {

    private Logger logger = LoggerFactory.getLogger(TccActionOneImpl.class);

    @Override
    public boolean prepareCreateOrder(BusinessActionContext context, String orderId, String commodityCode, int orderCount) {
        logger.info("prepareCreateOrder");
        // 预留资源逻辑
        return true;
    }

    @Override
    public boolean commit(BusinessActionContext context) {
        logger.info("commit");
        // 确认执行逻辑
        return true;
    }

    @Override
    public boolean rollback(BusinessActionContext context) {
        logger.info("rollback");
        // 取消执行逻辑
        return true;
    }
}

  3. 使用 TCC 接口： 在业务代码中通过注入 TCC 接口的实现类来使用 TCC 事务。

    java 复制代码 
    @Service
public class OrderService {

    @Autowired
    private TccActionOne tccActionOne;

    @GlobalTransactional
    public void createOrder(String orderId, String commodityCode, int orderCount) {
        // Try 阶段
        boolean result = tccActionOne.prepareCreateOrder(new BusinessActionContext(), orderId, commodityCode, orderCount);
        if (!result) {
            throw new RuntimeException("预留资源失败");
        }
        // 其他业务逻辑...
    }
}

  4. 配置 Seata TCC ： 在 application.yml 或 application.properties 中不需要特别为 TCC 模式进行配置，因为 TCC 模式是通过业务代码显式实现的。

yaml 复制代码 
 seata:
   client:
     rm:
       datasource:
         datasource-type: TCC

示例解释

在这个示例中，OrderService 类中的 createOrder 方法使用了 @GlobalTransactional 注解来声明一个全局事务。在这个方法中，我们调用了 TccActionOne 接口的 prepareCreateOrder 方法，这是 TCC 事务的 Try 阶段，用于预留必要的业务资源。

如果 Try 阶段成功，Seata 会在全局事务提交时调用 commit 方法；如果 Try 阶段失败，或者业务逻辑抛出异常，Seata 会在全局事务回滚时调用 rollback 方法。

这个示例中的 TccActionOneImpl 类实现了 TCC 接口，并提供了 Try、Confirm 和 Cancel 三个阶段的具体逻辑。在实际应用中，这些方法应该包含实际的业务逻辑，例如在 Try 阶段锁定库存，在 Confirm 阶段扣减库存，在 Cancel 阶段释放锁定的库存。

请注意，这个示例只是为了演示如何在 Spring Boot 中使用 Seata 的 TCC 模式。在实际使用中，你需要根据自己的业务场景实现相应的预留、确认和取消逻辑。此外，确保各个服务之间的接口调用能够正确传递 Seata 的 XID，以保证分布式事务的一致性。

SAGA 模式

Seata 的 SAGA 模式提供了一种长事务的解决方案，它通过定义一系列的状态和事件来管理事务流程。SAGA 模式适用于长事务场景，特别是当事务中的某些步骤需要执行较长时间时， 传统的两阶段提交（2PC）可能不够高效。在 SAGA 模式中，事务被拆分为一系列本地事务，每个本地事务完成后都会发布事件，这些事件会触发下一个本地事务的执行。 如果某个本地事务失败，SAGA 模式会执行补偿事务来回滚之前已经完成的本地事务。

  1. 添加 Seata SAGA 依赖 ： 在 Spring Boot 项目的 pom.xml 文件中添加 Seata SAGA Engine 依赖：

    xml 复制代码 
    <dependency>
    <groupId>io.seata</groupId>
    <artifactId>seata-saga-engine</artifactId>
    <version>版本号</version>
</dependency>

  2. 定义状态机： 创建一个状态机配置文件（JSON 或 YAML 格式），定义状态和事件。以下是一个简单的 JSON 格式的状态机配置示例：

    json 复制代码 
    {
  "name": "SimpleSaga",
   "version": "1.0",
  "startState": "AddOrder",
  "states": [
    {
      "name": "AddOrder",
      "type": "ServiceTask",
      "serviceUri": "http://order-service/add",
      "next": "SubtractStock",
      "failEnd": true
    },
    {
      "name": "SubtractStock",
      "type": "ServiceTask",
      "serviceUri": "http://stock-service/subtract",
      "compensationTrigger": "StockCompensation",
      "next": "End",
      "failEnd": true
    },
    {
      "name": "StockCompensation",
      "type": "ServiceTask",
      "serviceUri": "http://stock-service/compensate",
      "failEnd": true
    },
    {
      "name": "End",
      "type": "End"
    }
  ],
  "transitions": [],
  "compensationTransitions": []
}

    在这个示例中，我们定义了一个简单的 SAGA 事务流程，它由两个本地事务组成：AddOrder 和 SubtractStock。如果 SubtractStock 失败，将触发补偿事务 StockCompensation。

  3. 配置 SAGA ： 在 application.yml 中配置 SAGA 相关参数。例如，指定状态机资源的位置：

    yaml 复制代码 
    seata:
 client:
    rm:
      datasource:
        datasource-type: SAGA
  saga:
    state-machine-engine:
      async-thread-pool:
        core-pool-size: 1
        max-pool-size: 20
        queue-capacity: 500
        keep-alive-time: 60
    state-machine-repository:
      type: file
      file:
        dir: classpath*:saga/statelang/  # 状态机定义文件所在目录

  4. 启动状态机： 在业务代码中，使用 Seata SAGA Engine 启动状态机：

    java 复制代码 
    @Autowired
private StateMachineEngine stateMachineEngine;

public void startSaga(String orderId, String commodityCode, int count) {
    Map<String, Object> startParams = new HashMap<>();
    startParams.put("orderId", orderId);
    startParams.put("commodityCode", commodityCode);
    startParams.put("count", count);

    stateMachineEngine.start("SimpleSaga", null, startParams);
}

示例解释

在这个示例中，我们定义了一个名为 SimpleSaga 的状态机，它包含两个 ServiceTask 类型的状态：AddOrder 和 SubtractStock。每个状态都关联了一个服务 URI，这些 URI 应对应于实际的微服务 API。

当 SAGA 开始时，它首先尝试执行 AddOrder 状态关联的服务。如果成功，它将继续执行 SubtractStock 状态关联的服务。如果 SubtractStock 失败，将触发定义在 StockCompensation 状态中的补偿服务。

在 Spring Boot 应用中，我们通过注入 StateMachineEngine 来启动状态机，并传递相关参数。这些参数将作为输入传递给每个 ServiceTask 状态。

请注意，这个示例只是为了演示如何在 Spring Boot 中使用 Seata 的 SAGA 模式。在实际使用中，你需要根据自己的业务场景定义状态机，并实现相应的服务 API。此外，确保服务 API 能够处理 SAGA 传递的参数，并且能够在失败时提供适当的补偿逻辑。

XA 模式

Seata 的 XA 模式是一种基于 XA 协议的分布式事务实现，它使用两阶段提交（2PC）来确保事务的原子性。这种模式适用于需要严格一致性的场景，且数据库或资源管理器支持 XA 协议。 在 Spring Boot 中使用 XA 模式通常涉及到配置支持 XA 的数据源和启用 Seata 的 XA 分布式事务支持。

  1. 添加 Seata 依赖 ： 在 Spring Boot 项目的 pom.xml 文件中添加 Seata 依赖：

    xml 复制代码 
    <dependency>
    <groupId>io.seata</groupId>
    <artifactId>seata-spring-boot-starter</artifactId>
    <version>版本号</version>
</dependency>

  2. 配置支持 XA 的数据源： 配置一个支持 XA 事务的数据源。许多流行的连接池，如 HikariCP 或 Atomikos，都提供了对 XA 数据源的支持。

    以下是使用 HikariCP 作为连接池配置 XA 数据源的示例：

    java 复制代码 
    @Configuration
public class DataSourceConfig {

    @Bean
    @ConfigurationProperties(prefix = "spring.datasource.hikari")
    public DataSource dataSource() {
        return new HikariDataSource();
    }
}

    并在 application.yml 中配置 HikariCP 的 XA 数据源属性：

yaml 复制代码 
 spring:
   datasource:
     hikari:
       jdbc-url: jdbc:mysql://localhost:3306/your_db
       username: your_username
       password: your_password
       # 其他 HikariCP 配置...

  1. 启用 Seata XA 支持 ： 在 application.yml 中启用 Seata 的 XA 支持，并配置 Seata 相关属性：

    yaml 复制代码 
    seata:
  enabled: true
  application-id: ${spring.application.name}
  tx-service-group: my_tx_group
  client:
    rm:
      datasource:
        datasource-type: "com.zaxxer.hikari.HikariDataSource"
    tm:
      commit-retry-count: 5
      rollback-retry-count: 5
  service:
    vgroup-mapping:
      my_tx_group: default
  registry:
    type: nacos
    nacos:
      server-addr: 127.0.0.1:8848
  config:
    type: nacos
    nacos:
      server-addr: 127.0.0.1:8848
  client:
    rm:
      datasource:
        datasource-type: XA

    确保 datasource-type 属性设置为你实际使用的 XA 数据源类名。

  2. 使用 XA 模式进行事务管理 ： 在你的业务代码中，使用 @GlobalTransactional 注解来管理全局事务：

    java 复制代码 
    @Service
public class OrderService {

    @Autowired
    private OrderRepository orderRepository;

    @GlobalTransactional
    public void createOrder(Order order) {
        // 创建订单逻辑
        orderRepository.save(order);

        // 调用其他服务/数据库操作...

        // 如果需要回滚
        if (someCondition) {
            throw new RuntimeException("触发分布式事务回滚");
        }
    }
}

示例解释

在这个示例中，我们配置了一个支持 XA 的数据源，并在 OrderService 中使用 @GlobalTransactional 注解声明了一个全局事务。当 createOrder 方法被调用时，Seata 会启动一个全局事务。如果在方法执行过程中出现异常，Seata 会尝试回滚全局事务。 请注意，数据库必须支持 XA 协议，否则无法使用 XA 模式。同时，确保 Seata Server 正在运行并可访问。

此外，由于 XA 模式会对性能产生影响，并且实现复杂，因此在选择使用 XA 模式之前，请评估你的业务场景是否真的需要严格的分布式事务一致性。在一些场景下，可能可以通过其他事务模式或者最终一致性的设计来实现业务需求，这些方案往往更加简单和高效。

总结：

更改 Seata 的事务模式通常涉及到对业务代码的修改，以及对 Seata 配置的调整。在切换事务模式时，务必理解每种模式的适用场景和实现细节，并进行充分的测试以确保事务的正确性和一致性。

在本文中，探索了如何在 Spring Boot 应用中集成 Seata，并详细介绍了四种分布式事务模式：AT、TCC、SAGA 和 XA。每种模式都有其独特的适用场景和优势。AT 模式适合快速开发，提供了无缝的分布式事务支持；TCC 模式允许更细粒度的控制，适用于复杂业务逻辑；SAGA 模式适用于长事务处理，优化了系统资源的使用；XA 模式则提供了严格的 XA 协议支持，适用于对数据一致性要求极高的场景。通过合理选择和实施这些模式，开发者可以在分布式环境中有效地管理事务，并确保数据的一致性和系统的稳定性。随着微服务架构的不断演进，Seata 和 Spring Boot 的结合无疑将成为处理复杂分布式事务场景的有力工具。

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