两阶段提交

Why

针对数据库事务ACID-Atomicity,单机可以使用write-ahead-log实现1PC(one-phase-commit)即可,但是如果是分布式环境,考虑机器故障,网络不可靠1PC无法完成ACID-Atomicity

What

2PC(two-phase-commit)是已故图灵奖得主,事务处理领域大师Jim Gray提出的,用以解决分布式数据库事务ACID-Atomicity的一种共识(consensus)算法

  • Phase 1:
    • Transaction coordinator首先写日志(write-ahead-log)记录事务执行状态,然后向所有Participants广播PREPARE消息,询问participant是否准备好commit(回复YES)或者选择abort(回复NO)
    • Participant收到PREPARE消息后,开始执行事务(考虑ACID-isolation,此时已经持有各种锁),如果执行中有任何问题则回复abort,如果事务执行完成则回复YES
    • Transaction coordinator收到所有的回复,进入Phase 2
  • Phase 2:
    • 如果Ttransaction coordinator超时时间内收到的响应均为YES,则向participants广播COMMIT消息,否则广播ABORT消息(广播之前需更新日志,记录事务执行状态)
    • participant收到COMMIT/ABORT消息后,将事务正式commit/abort(考虑ACID-isolation,commit/abort完成后会释放所有锁)并回复ack

How

来看异常处理的情况:

  • Phase 1:
    • Transaction coordinator(TC)发送PREPARE之后,如果超时时间内未收到响应,则放弃该事务,进入Phase 2 向所有participants广播ABORT
      • 此时收到ABORT的participants会正常终止事务
    • 当Participant收到PREPARE后,如果回复YES的时候超时(无法确定TC是否收到消息),retry几次后进入Phase 2
    • 当Participant收到PREPARE后,如果回复NO的时候超时(无论TC是否收到,TC都会进入Phase 2然后广播ABORT消息),重试几次之后可以主动终止事务
  • Phase 2:
    • TC发送了COMMIT/ABORT消息之后,如果长时间没有收到ack或者宕机重启之后都会根据write-ahead-log的内容重新发送消息,直到收到ack为止(无限重试)
    • 一旦进入Phase 2,Participants会失去主动终止或提交事务的权利,只能等待TC发送的COMMIT/ABORT消息,亦或者主动发送get status消息
    • 事务是有一个全局唯一的事务ID唯一确认的,这一点可以确保TC重新发送COMMIT/ABORT消息时恢复连接的participant可以识别并回复ack

Weakness

2PC is a blocking protocol

由于TC宕机或者与部分participant断开连接(或者Participant宕机),则意味着阻塞(blocking),直到宕机恢复网络恢复为止。

以TC宕机为例,考虑ACID-isolation 这会导致participant长时间持有lock而不释放,影响participant可用性

Reference

[1]. Martin Kleppmann. 《Designing Data-Intensive Applications》9.Consistency and Consensus

[2]. Sukumar Ghosh. 《Distributed Systems An Algorithmic Approach Second Edition》 14.5 Atomic Commit Protocols

[3]. Notes on Data Base Operating Systems. Jim Gray. IBM Research Laboratory. San Jose, California. 95193. Summer 1977

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