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一、背景
随着业务倒退，单体零碎逐步无奈满足业务的需要，分布式架构逐步成为大型互联网平台首选。随同而来的问题是，本地事务计划曾经无奈满足，分布式事务相干标准和框架应运而生。
在这种状况下，大型厂商依据分布式事务实现标准，实现了不同的分布式框架，以简化业务开发者解决分布式事务相干工作，让开发者专一于外围业务开发。
Seata 就是这么一个分布式事务处理框架，Seata 是由阿里开源，前身为 Fescar，通过品牌降级变身 Seata。
二、分布式事务标准
1. 分布式事务相干概念
事务： 一个程序执行单元，是用户定义的一组操作序列，须要满足 ACID 属性。
本地事务： 事务由本地资源管理器治理。
分布式事务： 事务的操作位于不同的节点。
分支事务： 在分布式事务中，由资源管理器治理的本地事务。
全局事务： 一次性操作多个资源管理器实现的事务，由一组分支事务组成。
2. 分布式事务实现标准
对于本地事务，能够借助 DBMS 零碎来实现事务的治理，然而对于分布式事务，它就无能为力了。对于分布式事务，目前次要有 2 种思路：XA 协定的强统一标准以及柔性事务的最终一致性标准。
2.1 XA
XA 是基于 2 阶段提交协定设计的接口标准，实现了 XA 标准的资源管理器就能够参加 XA 全局事务。利用承当事务管理器 TM 工作，数据库承当资源管理器 RM 工作，TM 生成全局事务 id，管制 RM 的提交和回滚。
2.2 柔性事务的最终一致性
该标准次要有 3 种实现形式，TCC、MQ 事务音讯、本地音讯表。（还存在其余一些不罕用实现形式如 Saga）。
TCC：try/confirm/cancel，在 try 阶段锁定资源，confirm 阶段进行提交，资源锁定失败执行 cancel 阶段开释资源。
MQ 事务音讯： 前提音讯零碎须要反对事务如 RocketMQ，在本地事务执行前，发送事务音讯 prepare，本地事务执行胜利，发送事务音讯 commit，实现分布式事务最终一致性。如果事务音讯 commit 失败，RocketMQ 会回查音讯发送者确保音讯失常提交，如果步骤 5 执行失败，进行重试，达到最终一致性。
本地音讯表： 跟 MQ 事务音讯相似，区别在于 MQ 不反对事务音讯，须要借助本地数据库的事务管理能力。在步骤 1 中将须要发送的音讯和本地事务一起提交到 DB，借助 DB 的事务管理确保音讯长久化。步骤 2 利用通过本地音讯表扫描，重试发送，确保音讯能够发送胜利。
三、Seata 架构
1. 零碎组成
Seata 有三个外围组件：
- Transaction Coordinator(TC，事务协调器)
保护全局事务和分支事务的状态，驱动全局事务提交或回滚。
- Transaction Manager(TM，事务管理器)
定义全局事务的范畴，开始事务、提交事务、回滚事务。
- Resource Manager(RM，资源管理器)：
治理分支事务上的资源，向 TC 注册分支事务，汇报分支事务状态，驱动分支事务的提交或回滚。
三个组件相互协作，TC 以 Server 模式独立部署，TM 和 RM 集成在利用中启动，其整体交互如下：
2. 工作模式
Seata 反对四种工作模式：
2.1 AT（Auto Transaction）
AT 模式是 Seata 默认的工作模式。须要基于反对本地 ACID 事务的关系型数据库，Java 利用，通过 JDBC 拜访数据库。
2.1.1 整体机制
该模式是 XA 协定的演变，XA 协定是基于资源管理器实现，而 AT 并不是如此。AT 的 2 个阶段别离是：
- 一阶段： 业务数据和回滚日志记录在同一个本地事务中提交，开释本地锁和连贯资源。
- 二阶段： 提交异步化，十分疾速地实现；回滚通过一阶段的回滚日志进行反向弥补。
下图中，步骤 1 开启全局事务；步骤 2 注册分支事务，这里对应着一阶段；步骤 3 提交或者回滚分支事务，对应着二阶段。
2.1.2 特点
- 长处： 对代码无侵入；并发度高，本地锁在一阶段就会开释；不须要数据库对 XA 协定的反对。
- 毛病： 只能用在反对 ACID 的关系型数据库；SQL 解析还不能反对全副语法。
2.2 TCC
该模式工作分为三个阶段：prepare/commit/cancel。
2.2.1 整体机制
- TM 向 TC 申请全局事务 XID，流传给各个子调用。
- 子调用的所在 TM 向 TC 注册分支事务，并执行本地 prepare，并向 TC 报告执行后果。
- TC 依据各分支事务的执行后果确定二阶段是执行 commit 或 rollback。
2.2.2 特点
- 长处： 不依赖本地事务。
- 毛病： 回滚逻辑依赖手动编码；业务侵入性较大。
2.3 Saga 模式
2.3.1 Saga 是什么？
1987 年普林斯顿大学的 Hector Garcia-Molina 和 Kenneth Salem 发表了一篇 Paper Sagas，讲述的是如何解决 long lived transaction（长活事务）。Saga 是一个长活事务可被分解成能够交织运行的子事务汇合。论文见这里。
简略来说，Saga 将一个长事务（T）分解成一系列 Sub 事务（Ti），每个 Sub 事务都有对应的弥补动作（Ci），用于撤销 Ti 事务产生的影响。Sub 事务是间接提交到库，在出现异常时，逆向进行弥补。
因而 Saga 事务的组成有 2 种：
- T1, T2, T3, …, Tn
- T1, T2, …, Tj, Cj,…, C2, C1，其中 0 < j < n
第一种就是失常提交的状况，第二种在提交 Tj 事务出现异常，开始逆向弥补的状况。
Saga 模式是 Seata 提供的长事务解决方案。例如全局事务中波及到内部零碎，无奈治理它的资源管理器，让它革新成 TCC 也不好履行，这时就能够采纳此类计划。
2.3.2 整体机制
在 Saga 模式中，业务流程中每个参与者都提交本地事务，当呈现某一个参与者失败则弥补后面曾经胜利的参与者，一阶段正向服务和二阶段弥补服务都由业务开发实现。
上图中对于多个分支事务，省略了屡次呈现的 2.* 步骤。对于全局事务执行过程中业务利用宕机状况，业务利用集群中对等节点会通过从 TC 获取相干会话，从 DB 加载详细信息来复原状态机。
2.3.3 特点
- 长处： 一阶段提交本地事务，无锁，高性能；事件驱动架构，参与者可异步执行，高吞吐；弥补服务易于实现。
- 毛病： 不保障隔离性。
2.4 XA 模式
XA 是基于二阶段提交设计的接口标准。对于反对 XA 的资源管理器，借助 Seata 框架的 XA 模式，会使 XA 计划更简略易用。应用前提：须要分支数据库反对 XA 事务，利用为 Java 利用，且应用 JDBC 拜访数据库。
2.4.1 整体机制
在 Seata 定义的分布式事务框架内，利用事务资源（数据库、音讯服务等）对 XA 协定的反对，以 XA 协定的机制来治理分支事务的一种 事务模式。
- 执行阶段： 业务 sql 在 XA 分支中执行，由分支事务的 RM 管理器治理，而后执行 XA prepare。
- 实现阶段：TM 依据各个分支执行后果通过 TC 告诉各个分支执行 XA commit 或者 XA rollback。
2.4.2 特点
- 长处： 继承了 XA 协定的劣势，事务具备强一致性。
- 毛病： 同样继承了 XA 协定的劣势，因为分支事务长时间开启，并发度低。
2.5 Seata 各模式比照
分布式事务计划没有银弹，依据本人的业务个性抉择适合的模式。例如谋求强一致性，能够抉择 AT 和 XA，存在和内部零碎对接，能够抉择 Saga 模式，不能依赖本地事务，能够采纳 TCC 等等。联合各模式的优缺点进行抉择。
四、AT 模式外围实现
鉴于 Seata 反对的模式较多，而其默认的模式是 AT，为节俭篇幅，以下围绕 AT 模式分析其相干的外围模块实现。
1. 事务协调器的启动
TC（事务协调器）以独立的服务启动，作为 Server，保护全局事务和分支事务的状态，驱动全局事务提交或回滚。上面是 TC 的启动流程：
2. 事务管理器的启动
TM（事务管理器）集成在利用中启动，负责定义全局事务的范畴，开始事务、提交事务、回滚事务。
TM 所在利用中须要配置 GlobalTransactionScannerbean，在利用启动时会进行如下初始化流程：
3. 资源管理器的启动
RM（资源管理器）集成在利用中启动，负责管理分支事务上的资源，向 TC 注册分支事务，汇报分支事务状态，驱动分支事务的提交或回滚。
RM 所在的利用中除了须要跟 TM 一样配置 GlobalTransactionScanner 以启动 RMClient，还须要配置 DataSourceProxy，以实现对数据源拜访代理。该数据源代理实现了 sql 的解析 → 生成 undo-log → 业务 sql 和 undo-log 一并本地提交等操作。
4. 全局事务的工作流程
上面以一个简略的例子来阐明全局事务的工作原理：
- BusinessService： 发动购买服务
- StorageService： 库存治理服务
购买操作实现在 businessService.purchase 中，purchase 办法实现上通过 GlobalTransaction 注解，通过 Dubbo 服务，调用了库存服务 deduct 办法办法，样例如下：
@GlobalTransactional(timeoutMills = 300000, name = "dubbo-demo-tx")
public void purchase(String userId, String commodityCode, int orderCount) {storageService.deduct(commodityCode, orderCount);
// throw new RuntimeException("xxx");
}4.1 胜利的全局事务处理流程
4.2 胜利的全局事务处理流程
这里设定 BusinessService 在胜利调用 StorageService 后，本地出现异常。
5. 写隔离实现
全局事务未提交，分支事务本地曾经提交的状况下（假如批改了资源 A），如何防止其余事务在此时批改资源 A？Seata 采纳全局锁来实现，其流程如下：
6. 读隔离实现
在数据库本地隔离级别为读已提交或以上的根底上，Seata 提供了读未提交，这个很好了解，全局事务提交前分支事务本地曾经提交。如果想要实现读已提交，则须要在 select 语句上加 for update。
五、总结
Seata 是 Java 畛域很弱小的分布式事务框架，其反对了多种模式。其中默认反对的 AT 模式，相比于传统的 2PC 协定（基于数据库的 XA 协定），很好地解决了 2PC 长期锁资源的问题，进步了并发度。Seata 反对的各个模式中，AT 模式对业务零入侵实现分布式事务，对于开发者更加敌对。另外 Seata 的 Server 在抉择适合的存储介质时能够进行集群模式，缩小单点故障影响。
本文次要参考官网和局部博客，同时浏览了 AT 模式实现源码，如果有不对的中央，望指出，一起探讨交换。
六、参考
- Seata 的 Saga 模式
- 依据 GlobalTransactional 注解生成代理类
- Seata 我的项目地址
- Seata 应用
作者：vivo 官网商城开发团队