[微服务进阶场景实战] - 数据一致性

前面我们梳理了微服务的九大痛点，其中一部分目前尚无完美解决方案，另一部分则已有可行对策。从本章起，我们将逐一探讨那些"有解"的痛点。首当其冲的，就是数据一致性问题------让我们从一个实际业务场景切入。

1 业务场景：下游服务失败后上游服务如何独善其身

在微服务架构中，一个业务请求常常需要跨多个服务更新多个数据库，示意图如下：

理想情况下，业务顺利完成时，三个服务的数据应依次更新为 a2、b2、c2，此时数据处于一致状态。然而，现实往往充满意外：网络抖动、服务过载、数据库响应缓慢等都可能导致调用链中途失败。例如，若在步骤 2 失败，数据会停留在 a2、b1、c1；若在步骤 3 失败，则变成 a2、b2、c1------数据不一致就这样产生了。

在本项目启动前，由于早期改造工期紧张，开发团队无暇顾及数据一致性问题，导致线上陆续出现错误数据。业务部门通过工单反馈后，IT 团队排查发现，根源正是分布式更新过程中的不一致。

事已至此，团队不得不专门腾出精力，为数据一致性问题设计可靠方案。经过讨论，他们将问题归纳为两类：

第一类：可接受短期不一致，但必须保证最终一致性

以零售下单为例（简化版）：订单需依次在商品服务扣库存、订单服务生成订单、交易服务生成交易单。假设生成交易单失败，就会出现库存已扣、订单已生、但交易单缺失的状态。此时只要系统能最终补全交易单，业务即可接受------这就是最终一致性。

第二类：必须保证实时一致性

以积分兑换折扣券为例：需要先扣积分，再发折扣券。若采用最终一致性，用户可能看到积分已扣但券未到账，进而立刻投诉。此时更好的做法是：一旦后续步骤失败，立即回滚前面所有操作，并提示用户"操作失败，请重试"。这就是实时一致性。

那么，针对这两类情况，具体如何实现呢？下面我们分别展开。

2 最终一致性方案

对对于接受最终一致性的场景，核心思路是借助消息队列（MQ）实现跨服务的数据更新"接力"。具体流程如下：

1. 每个服务完成本地操作后，向 MQ 发送一条消息，触发下一个服务的处理。
2. 下游服务消费消息，完成自身操作后，继续发送消息给更下游的服务。
3. 若消费失败，消息应保留在 MQ 中，等待后续重试。

整个调用流程如图所示：

详细步骤与异常处理如下：

步骤	执行内容	失败应对策略
1	调用端调用 Service A	直接返回失败，用户数据无影响
2	Service A 将 a1 改为 a2	本地事务回滚，数据恢复
3	Service A 向 MQ 发送 Step2 消息	发送失败则触发本地回滚
4	Service A 返回成功响应给调用端	无需额外处理
5	Service B 消费 Step2 消息	MQ 自带重试机制，无需担心
6	Service B 将 b1 改为 b2	本地事务回滚，消息重新投递(重新回到步骤5)
7	Service B 向 MQ 发送 Step3 消息	依赖 MQ 生产端重试机制
8	Service B 确认消费 Step2	若失败，MQ 会重新投递给其他消费者(重新回到步骤5)
9	Service C 消费 Step3 消息	同步骤 5
10	Service C 将 c1 改为 c2	同步骤 6
11	Service C 确认消费 Step3	同步骤 8

该方案本质上是利用 MQ 的消息持久化、重试和确认机制，将分布式更新拆解为多个本地事务，通过异步消息串联起来。但还需要注意两个常见问题：

1. 幂等性必须保证

由于 MQ 的重试机制，步骤 6 和步骤 10 可能被重复执行。因此，下游服务在更新数据时，必须实现业务幂等------即同一消息多次消费，结果应与一次消费相同。

2. 代码复用与封装

如果每个业务流程都手动实现上述逻辑，开发量会很大。实际上，MQ 相关的发送、消费、确认逻辑可以抽象为公共组件。本项目最终将这些重复代码封装成通用模块，供各业务服务调用。具体封装方法较为直接，此处不再展开。

3 实时一致性方案

实时一致性其实就是常说的分布式事务。

MySQL其实有一个两阶段提交的分布式事务方案MySQL XA，但是该方案存在严重的性能问题。比如，一个数据库的事务与多个数据库间的XA事务性能可能相差10倍。

另外，XA的事务处理过程会长期占用锁资源，所以项目组一开始就没有考虑这个方案。而当时比较流行的方案是使用TCC模式，下面简单介绍一下。

4 TCC模式：一分为三的补偿型事务

TCC（Try-Confirm-Cancel）是一种补偿型事务方案。它将一个完整的业务接口逻辑拆解为三个独立的操作阶段：

1. Try ：尝试执行。负责完成所有业务检查，并预留必要的资源（例如冻结积分、锁定库存）。
2. Confirm ：确认执行。真正执行业务操作，使用Try阶段预留的资源，通常保证成功。
3. Cancel ：取消执行。用于释放Try阶段预留的资源，进行业务回滚。

以"积分兑换折扣券"为例，涉及"账户服务扣积分"和"营销服务发折扣券"两个操作。那么，仅"扣积分"这一个接口，就需要拆分为以下三个方法：

public boolean prepareMinus (BusinessActionContext businessActionContext,
                             final String accountNo,
                             final double amount){
    //[校验] 账户积分余额
    //[冻结] 积分金额
}
public boolean Confirm(BusinessActionContext businessActionContext){
    //[扣除] 账户积分余额
    //[释放] 账户，冻结积分金额
}
public boolean Cancel(BusinessActionContext businessActionContext){
    //[回滚] 所有数据变更
}

理，"发折扣券"接口也需要编写对应的三个方法。其成功调用的流程示意如图所示。

该流程中，除Cancel路径外，代表成功调用链。一旦任何环节出错，事务管理器将协调调用所有已执行服务的Cancel方法进行回滚。

TCC模式将一段业务逻辑拆成三部分，实施复杂度显著增加，并需谨慎处理以下问题：

1. 空提交：需保证Try成功，Confirm必定成功。
2. 空回滚：需处理Try未执行却收到Cancel调用的情况，实现正确回滚。
3. 防悬挂：需防止因网络拥堵，Cancel先于Try到达导致资源被永久锁定。
4. 幂等性：所有Try、Confirm、Cancel操作都必须支持重复调用。
5. 数据隔离：事务期间数据处于中间状态（如"冻结"），需设计得当，避免对其他业务逻辑造成干扰。

可见，TCC模式实现相当繁琐 ，不仅业务代码量激增，还需精心处理上述各类边缘情况，开发和维护成本高，易出错。幸运的是，存在更优的替代方案，例如Seata框架提供的AT模式。

5 Seata AT模式：基于SQL反向补偿的自动回滚

AT（Automatic Transaction）模式，即自动（分支）事务模式。其最大优点是对业务侵入极低。

开发者只需做两件事：

• 在全局事务的发起方 方法上添加 @GlobalTransactional 注解。
• 在各个参与服务的本地方法上，继续使用普通的 @Transactional 注解。

Seata官网对这块介绍的非常详细，有兴趣的朋友可以看一下：Apache Seata。在这里简要概括一下，其核心机制在于，Seata会自动拦截并解析业务SQL，通过生成并管理反向回滚日志，实现分布式事务的自动协调。整个过程可简要概括为三个阶段：

第一阶段：执行与日志记录

1. 解析SQL：拦截业务SQL，解析其操作类型、表、条件等。
2. 保存前置镜像：根据解析条件查询数据，保存更新前的状态（Before Image）。
3. 执行业务SQL：执行用户定义的更新操作。
4. 保存后置镜像：查询更新后的数据状态（After Image）。
5. 插入回滚日志 ：将前后镜像数据及SQL信息组成回滚日志，存入 UNDO_LOG 表。
6. 注册与锁 ：向事务协调器（TC）注册分支事务，并获取相关数据的全局锁。
7. 本地提交 ：提交业务数据更新和 UNDO_LOG。
8. 上报结果 ：将本地事务提交结果上报给TC。

第二阶段：回滚（如需要）

若收到TC发出的回滚指令，则：

1. 开启本地事务，查找对应的 UNDO_LOG 记录。
2. 数据校验 ：对比 UNDO_LOG 中的后镜像与当前数据。若不一致（说明数据被其他事务修改），需根据策略处理。
3. 生成并执行回滚SQL：根据前镜像数据，生成反向SQL执行，恢复数据。
4. 提交并上报 ：提交本地事务，删除 UNDO_LOG，并向TC上报回滚结果。

第三阶段：异步清理

收到TC的提交指令后，异步、批量地删除对应的 UNDO_LOG 记录，完成资源清理。

6 为何选择Seata：一个务实的工程决策

当时，Seata虽未发布正式版，但我们项目组仍决定采用，主要基于两点现实考量：

1. 场景可控 ：需要强实时一致性的业务场景占比少、频率低 ，影响范围有限。对于高频、高并发的场景，我们会优先与业务方沟通，采用最终一致性方案，从而规避性能风险。
2. 投入产出比高 ：相较于TCC模式需要将每个业务逻辑"一拆三"并处理各种异常，AT模式仅需增加一个 @GlobalTransactional注解，开发工作量天差地别。这种显著的效率提升，使得尝试新技术带来的风险变得可以接受。这或许也是Seata能迅速流行的原因之一。

尽管AT模式存在一些小缺陷（如全局锁对性能的细微影响），但瑕不掩瑜，其易用性优势在大多数场景下非常突出。

7 小结：缓解痛点，轻装前行

通过为"最终一致性"和"实时一致性"场景分别设计并落地了基于MQ的异步补偿方案与基于Seata AT模式的自动补偿方案，我们成功解决了数据不一致的核心痛点。
关键成果在于 ：这些方案并未给业务开发带来显著负担，也未影响项目正常推进，却极大降低了数据错误的发生概率。

至此，数据一致性的痛点已得到有效缓解。接下来，我们将面对微服务架构中的另一个常见难题：服务间数据依赖复杂，导致需要编写大量冗余数据获取与组装逻辑。这个问题又该如何破解？