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一文读懂分布式事务
1. 事务基本概念
1.1 什么是事务?
事务是恢复和并发控制的基本单位，事务有四个特性(ACID)：
- 原子性(Atomicity)：可以理解为一个事务内的所有操作要么都执行，要么都不执行。
- 一 致性(Consistency)：可以理解为不会存在中间状态的数据，一个事务的执行会使数据从一个一致状态切换到另一个一致的状态；
- 隔离性(Isolation)：指的是多个事务并发执行的时候不会互相干扰，即一个事务内部的数据对于其他事务来说是隔离的。
- 持久性(Durability)：指的是一个事务提交成功之后数据就被永远保存下来，之后的其他操作或故障都不会对事务的结果产生影响。
2 分布式事务
2.1 分布式事务概念
随着互联网高速发展，事务的参与者、支持事务的服务器、资源服务器以及事务管理器分别位于不同的分布式系统的不同节点 之上。简单的说，就是一次大的操作由不同的小操作组成，这些小的操作分布在不同的服务器上，且属于不同的应用。在这种 环境中，我们之前说过数据库的 ACID 四大特性，已经无法满足我们分布式事务。
分布式事务的最大挑战在于CAP，在《CAP理论与MongoDB一致性、可用性的一些思考》一文中有详细介绍。简而言之，由于网络分割（P： Network Partition）的存在，用户不得不在一致性（C Consistency）与可用性（A： Avaliable）之前做权衡。如果要保证强一致性（主要是应用层面的强一致性），那么在网络分割的时候，系统就不可用；如果要保证高可用性，那么就只能提供弱一致性，保证最终一致。下面提到的各种实现分布式事务的方法、协议都需要在一致性与可用性之间权衡。
2.2 CAP 理论
CAP 定理，又被叫作布鲁尔定理。 CAP 指的是:
- 一致性(Consistency)：数据在多个副本之间是否能够保持一致的特性。当执行数据更新操作后，仍然可保证数据处于一致的状态。
- 可用性(Availability)：系统提供的服务必须一直处于可用的状态。对于用户的每一个操作情况总是能够在有限的时间内返回结果。这个有限时间是系统设计之初就指定好的系统运行指标。返回的结果指的是系统返回用户的一个正常响应结果，而不是系统错误信息。
- 分区容错性(Partition tolerance)：分布式系统在遇到任何网络分区故障的时候，仍然需要能够保证对外提供满足一致性和可用性的服务，除非是整个网络环境都发生了故障。
CAP 定律说的是，在一个分布式系统中，最多只能满足 C、A、P 中的两个，不可能三个同时满足。而在分布式系统中，网络无法 100% 可靠，分区其实是一个必然现象。
一个分布式系统无法同时满足这三个条件，只能满足两个，意味着我们要抛弃其中一项。
- CA，放弃P：将所有数据都放在一个分布式节点上，这同时放弃了系统的可扩展性。
- CP，放弃A：一旦系统遇到故障，受影响的服务器需要等待一段时间，在恢复期间无法对外提供正常的服务。
- AP，放弃C：这里的放弃一致性是指放弃数据强一致性，而保留数据的最终一致性。系统无法实时保持数据的一致性，但承诺在一个限定的时间内，数据最终能够达到一致的状态。
对于分布式系统而言，分区容错性是一个最基本的要求，因为分布式系统中的组件必然需要部署到不同的节点，必然会出现网络分区（网络分区：俗称“脑裂”， 当网络分区出现时，分布式系统会出现局部小集群）的情形，所以我们只能选择 CP 或者 AP 架构。因此，设计人员必须在一致性与可用性之间做出选择。
2.3 BASE 理论
BASE理论是指：Basically Available（基本可用），Soft-state（软状态），Eventual Consistency（最终一致性）。是基于CAP定理演化而来，是对CAP中一致性和可用性权衡的结果。
核心思想：即使无法做到强一致性，但每个业务根据自身的特点，采用适当的方式来使系统达到最终一致性。
- Basically Available（基本可用）：指分布式系统在出现故障的时候，允许损失部分可用性，保证核心可用。但不等价于不可用。
- Soft-state（软状态）：软状态是指允许系统存在中间状态，并且该中间状态不会影响系统整体可用性。即允许系统在不同节点间副本同步的时候存在延时。
- Eventual Consistency（最终一致性）：系统中的所有数据副本经过一定时间后，最终能够达到一致的状态，不需要实时保证系统数据的强一致性。最终一致性是弱一致性的一种特殊情况。
3 解决方案
描述分布式事务，常常会使用以下几个名词：
- 事务参与者：例如每个数据库就是一个事务参与者
- 事务协调者（Transaction Coordinator）：事务的发起者称协调者
- 资源管理器（Resource Manager, RM）：通常与事务参与者同义
- 事务管理器（Transaction Manager, TM）：通常与事务协调者同义
在分布式事务模型中，一个 TM 管理多个 RM，即一个服务程序访问多个数据源；TM 是一个全局事务管理器，协调多方本地事务的进度，使其共同提交或回滚，最终达成一种全局的 ACID 特性。
1、两阶段提交（2PC）
两阶段提交又称2PC（two-phase commit protocol），2pc是一个非常经典的强一致、中心化的原子提交协议。这里所说的中心化是指协议中有两类节点：一个是中心化协调者节点（coordinator）和N个参与者节点（partcipant）。
