分布式事务Seata、LCN的原理深度剖析

一、基本概念和方法

1.1、分布式事务产生背景

（1）如果是在传统项目中，使用同一个数据源，在数据用同一个事务管理器的情况下，不存在分布式事务问题，因为有事务的传播行为帮助我们实现。每个数据源都有自己独立的事务管理，每个数据源中的事务管理都互不影响。

（2）如果在单体项目中，存在多个不同的数据源，每个事务源都有自己独立的事务管理器，每个事务管理器互不影响，也会存在分布式事务的问题。

1.2、Rpc通讯中产生的分布式事务的问题原因

（1）调用放调用完rpc接口后，突然程序抛出异常，调用放的事务回滚了，但是被调用方接口没有回滚，则会产生数据不一致问题。在每个jvm中都有自己的事务，每个事务都互不影响。

（2）被调用方的接口失败的话，调用方可以根据返回的结果，手动回滚调用方本地事务。

1.3、分布式事务解决框架有哪些？

（1）传统多数据源的情况下，采用jta + atominc将每个独立的事务管理器统一交给我们的atominc全局事务管理。

（2）基于MQ保证数据一致性，最终一致性。

（3）基于Rocketmq解决分布式事务，核心采用自带事务消息。

（4）基于LCN模式解决分布式事务，tcc/2pc/lcn模式。全局事务id来回传递

（5）基于阿里巴巴seata解决分布式事务（背景非常强大）。

分布式事务处理的核心思想：tcc、2pc、最终一致性。

**1.4、**CAP和Base理论

这个定理的内容是指的是在一个分布式系统中、Consistency（一致性）、 Availability（可用性）、Partition tolerance（分区容错性），三者不可得兼。

一致性（C）：

在分布式系统中的所有数据备份，在同一时刻是否同样的值，等同于所有节点访问同一份最新的数据副本。即：在分布式系统中，同一时刻所有的节点的数据都是相同的。

可用性（A）：

在集群中一部分节点故障后，集群整体是否还能响应客户端的读写请求，对数据更新具备高可用性。即：集群中部分节点出现了故障，集群的整体也能够给响应

分区容错性（P）：

以实际效果而言，分区相当于对通信的时限要求，系统如果不能在时限内达成数据一致性，就意味着发生了分区的情况，必须就当前操作在C和A之间做出选择。即：分区容错性是指系统能够容忍节点之间的网络通信的故障，意味着发生了分区的情况，必须就当前操作在C和A之间做出选择。

CAP总结：

三者无法兼顾，在分布式系统当中可以容忍网络之间出现的通讯故障，最终选择要么是CP或者AP。

**CP：**当你网络出现故障之后，只能保证数据一致性，但是不能保证可用性； 如zookeeper；

**AP：**当你网络出现故障之后，不能保证数据一致性，但是能够保证可用性；如eureka；

Base理论

BASE是Basically Available（基本可用）、Soft state（软状态）和 Eventually consistent（最终一致性）三个短语的缩写，即：是由基本可用、软状态、最终一致性三个组成，是对cap中一致性和可用性权衡的结果。

1.5、Seata与LCN的区别

1、基本实现的思路是一样的，唯一区别在于回滚的方式 2、LCN采用代理数据源假关闭连接，暂时不提交本地事务，但是容易造成数据的死锁。

Seata采用undo_log的形式逆向生成sql语句实现回滚，避免死锁现象但是容易出现脏读。

二、LCN解决分布式事务

2.1、基于LCN解决分布式事务原理

1、发起方和参与方项目启动的时候，必须和全局的协调者保持长连接。

2、发起方向我们的lcn的协调者申请一个事务分组id。

3、发起方调用参与方接口的时候，在请求头中将该事务的分组id传递给参与方。

4、参与方获取到请求头中有传递对应的事务分组id，当前业务执行完毕后，不会提交事务，基于数据源做的一个代理，采用jdbc假关闭，做了一行锁，容易锁行数据，

5、发起方如果产生回滚或提交，都会将该结果发送给协调者，然后协调者通知所有的参与方。

如果参与方一直没有等到协调者来告知的话，协调者端默认超时时间是5秒，超时之后就会做回滚操作。

LCN如何判断自己是发起方还是参与方？

根据当前的线程threadlocal中获取事务分组id，如果能够成功获取到，则为事务的参与方，如果获取不到则为发起方。

2.2、LCN整个实现过程

（1）判断方法是否有加上@LcnTransaction注解，如果有，则直接会走TransactionAspect来做切面拦截。

（2）当前线程缓存中是否有事务分组id，如果没有缓存，则视为发起方，如果有缓存，则视为参与方。

（3）随机的创建分组的id，将该分组id注册到协调者中。

（4）本地threadlocal缓存该事务分组id；

（5）通过feign调用接口时，底层重写RequestInterceptorFeign客户端，从threadlocal中获取该事务分组id，并设置到请求中。

（6）参与方在aop中通过SpringTracingApplier实现，在请求之前拦截，从请求头中获取事务分组id，放入到缓存中。

（7）从缓存中获取该事务分组id，当前服务则为参与方，再告诉给协调者加入该事务分组。

2.3、SpringCloud整合LCN解决分布式事务问题

2.3.1、引入相关pom依赖：

<dependency>
    <groupId>com.codingapi.txlcn</groupId>
    <artifactId>txlcn-tc</artifactId>
    <version>5.0.2.RELEASE</version>
</dependency>

<dependency>
    <groupId>com.codingapi.txlcn</groupId>
    <artifactId>txlcn-txmsg-netty</artifactId>
    <version>5.0.2.RELEASE</version>
</dependency>

2.3.2、调用方和参与方添加以下配置，并在启动类上添加@EnableDistributedTransaction注解。

tx-lcn: 
  client: 
    manager-address:127.0.0.1:8070
  logger: 
    enabled: true

2.3.3、在发起方和调用方的接口实现上都需添加@Transactional 和 @LcnTransaction注解即可。

三、Seata解决分布式事务原理及过程

3.1、Seata的组成部分

（1）事务协调器（TC）：

维护全局事务和分支事务的状态，驱动全局提交或事务回滚，类似LCN的协调者。

（2）事务管理器（TM）：

定义全局事务的范围；开始全局事务，提交或回滚全局事务，类似LCN的发起方。

（3）资源管理器（RM）：

管理分支事务正在处理的资源，与TC进行对话，来注册分支事务，并报告分支事务的状态，并驱动分支事务的提交和回滚，相当于LCN的参与方。

3.2、Seata解决分布式事务原理

（1）发起方（TM）和参与方（RM）再项目启动的时候，和协调者（TC）保持长连接。

（2）发起方调用接口之前向TC获取一个全局的事务id为xid，注册到Seata中，AOP中实现的。

（3）使用feign客户端调用接口的时候，seata重写了feign客户端，在请求头中传递该xid。

（4）参与方从请求头中获取该xid，方法执行完毕不会立马提交，而是等待协调者通知提交的状态。

3.3、Seata实现过程

1. 发起方（TM）向协调者（TC）申请一个全局的事务xid，保存到ThreadLocal中；
2. 发起方（TM）和参与方（RM）都会被Seata数据源代理，在原生的sql执行之前和之后，

把操作前和操作后的内容保存到undo_log表中（前置镜像和后置镜像），方便后期实现回滚。

1. 发起方（TM）使用feign客户端调用接口的时候，在threadlocal中获取xid，设置到请求头中。
2. 参与方（RM）从请求中头中获取到该全局事务xid，设置到threadlocal中，并且向协调者注册该分支。
3. 如果发起方（TM）调用接口成功之后，如果报错的情况下则通知给协调者，协调者再告诉所有的分支都开始回滚，

直接根据本地事务id+xid查询undo_log表 ，逆向生成sql语句回滚，同时删除该undo_log日志。

1. 如果发起方（TM）调用接口成功之后，如果没有报错的情况下则通知给协调者，协调者在告诉所有的分支都开始提交事务，直接根据本地事务id+xid删除对应的undo_log表记录即可。

**缺陷：**根据undolog表，逆向回滚，会产生脏读问题，在回滚或网络阻塞的情况下，会导致接口也超时和阻塞。

3.4、JAVA项目整合Seata解决分布式事务示例

3.4.1、服务端整合

（1）启动seata-server 全局事务协调者 seata-server.bat；

（2）修改 registry.conf和file.conf配置；

（3）在需要解决分布式事务的数据库中，手动创建undo_log表；

3.4.2、客户端整合（对应的方法上添加@GlobalTranscational注解）

（1）需要要将file.conf registry.conf 拷贝的项目中，默认的my_test_tx_group为分组的id、 全局的协调者连接地址。

<dependency>
    <groupId>com.alibaba.cloud</groupId>
    <artifactId>spring-cloud-alibaba-seata</artifactId>
    <version>2.2.0.RELEASE</version>
</dependency>

（2）配置代理的数据源

@Configuration
  public class DataSourceProxyConfig {
  
      @Bean
      @ConfigurationProperties(prefix = spring.datasource)
      public DataSource dataSource() {
          return new DruidDataSource();
      }
  
      @Bean
      public DataSourceProxy dataSourceProxy(DataSource
  dataSource) {
          return new DataSourceProxy(dataSource);
      }
  
      @Bean
      public SqlSessionFactory
  sqlSessionFactoryBean(DataSourceProxy dataSourceProxy) throws Exception {
          SqlSessionFactoryBean
  sqlSessionFactoryBean = new SqlSessionFactoryBean();
         
  sqlSessionFactoryBean.setDataSource(dataSourceProxy);
         
  sqlSessionFactoryBean.setTransactionFactory(new SpringManagedTransactionFactory());
          return sqlSessionFactoryBean.getObject();
      }
  }

（3）修改application.yml的配置：

四、手写Seata解决分布式事务设计思想

发起方在方法上面加上@GlobalTransactional，会被aop拦截；

Aop的入口分析：

1、我们的项目中会引入到SpringCloud-Alibaba-seata.jar 执行spring.factories配置，读取GlobalTransactionAutoConfiguration配置类，会加载GlobalTransactionScanner全局事务扫描器到Spring的容器中。

2、GlobalTransactionScanner实现了AbstractAutoProxyCreator、InitializingBean，

a）AbstractAutoProxyCreator：是SpringAOP原生类，帮助我们创建代理对象；

b）InitializingBean SpringBean生命周期初始化；

GlobalTransactionScanner 对象初始化成功之后开始注册我们的tm和tc，

AbstractAutoProxyCreator 回调的方法 wrapIfNecessary 来创建我们的GlobalTransactionalInterceptor，

执行我们发起方方法前会执行我们的GlobalTransactionalInterceptor的invoke方法 ，然后再执行我们的transactionalTemplate的execute方法。