分布式事务处理：协议、分区与共识机制解析

### 分布式事务处理：协议、分区与共识机制解析 #### 1. 分布式事务处理中的故障场景 在分布式事务处理中，会出现多种故障场景，这些故障可能会影响事务的正常执行和提交。 - **参与者站点故障** - 参与者站点在日志中写入“Abort”记录但在发送“vote - abort”消息之前发生故障。在这种情况下，参与者恢复后无需进行额外操作。因为协调者处于“WAIT”状态，会超时触发协调者终止协议，从而全局中止事务。 - 参与者在记录“Abort”或“Commit”记录但在向协调者发送确认消息之前发生故障，参与者可将此情况视为其第3种情况处理，协调者会在“COMMIT”或“ABORT”状态下通过超时机制处理。 - **协调者故障**：协调者在记录最终决策记录（“Abort”或“Commit”）但在向参与者发送“global - abort”或“global - commit”消息之前发生故障。协调者将此视为其第3种情况，而参与者将其视为“READY”状态下的超时。 #### 2. 三阶段提交协议（3PC） 阻塞式提交协议存在一定的局限性，因此引入了三阶段提交协议（3PC），旨在实现非阻塞式提交。 - **设计初衷与问题**：3PC是在故障仅局限于站点故障时设计的非阻塞协议。然而，当网络出现故障时，情况会变得复杂。并且，由于它涉及三轮消息传递以及强制写入稳定日志，会带来较高的通信延迟开销，所以在实际系统中并未得到广泛应用。 - **非阻塞原子提交协议的条件** - 一个在单一状态转换内同步的提交协议是非阻塞的，当且仅当其状态转换图不包含以下两种情况： - 不存在与提交和中止状态都“相邻”的状态。这里的“相邻”指的是通过一次状态转换就可以从一个状态到达另一个状态。 - 不存在与提交状态“相邻”的不可提交状态。 - 以2PC协议中的“COMMIT”状态为例，如果任何进程处于该状态，说明所有站点都已投票决定提交事务，这种状态称为可提交状态。而“READY”状态则是不可提交状态，因为处于该状态的进程并不意味着所有进程都已投票决定提交事务。显然，2PC协议中协调者的“WAIT”状态和参与者的“READY”状态违反了上述非阻塞条件。 - **3PC协议的改进**：为了满足非阻塞条件，可在2PC协议的“WAIT”（和“READY”）与“COMMIT”状态之间添加一个新的状态，作为缓冲状态。在这个状态下，进程准备好提交（如果最终决策是提交）但尚未提交。该协议的协调者和参与者的状态转换图如图所示，由于从“INITIAL”状态到“COMMIT”状态有三次状态转换，所以称为三阶段提交协议。 ```mermaid graph LR classDef startend fill:#F5EBFF,stroke:#BE8FED,stroke-width:2px; classDef process fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px; classDef decision fill:#FFF6CC,stroke:#FFBC52,stroke-width:2px; A([INITIAL]):::startend --> B(WAIT):::process B -->|Any No?| C{Yes or No}:::decision C -->|No| D(PRE - COMMIT):::process C -->|Yes| E(ABORT):::process D --> F(COMMIT):::process B -->|write prepare to commit| D D -->|write commit| F D -->|write abort| E F --> G([end of transaction]):::startend H([INITIAL]):::startend --> I{Ready to Commit?}:::decision I -->|Yes| J(READY):::process I -->|No| K(ABORT):::process ```