前兩天發(fā)了工資，***反應(yīng)是想著要給遠(yuǎn)方的女朋友一點(diǎn)驚喜!于是打開(kāi)了平安銀行的 App 給女朋友轉(zhuǎn)點(diǎn)錢!填寫(xiě)上對(duì)方招商銀行卡的卡號(hào)、開(kāi)戶名，一鍵轉(zhuǎn)賬!搞定!

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圖片來(lái)自包圖網(wǎng)

在我點(diǎn)擊的那瞬間，就收到了 App 的賬戶變動(dòng)的提醒，并且出現(xiàn)了圖一所示的提示界面：“處理中，正在等待對(duì)方銀行返回結(jié)果…”。

嗯!畢竟是跨行轉(zhuǎn)賬嘛，等個(gè)幾秒也正常!腦海開(kāi)始浮現(xiàn)出女朋友收到轉(zhuǎn)賬后驚喜與感動(dòng)的畫(huà)面!

然而，一切并沒(méi)有那么順利，剛過(guò)一會(huì)兒，App 卻如圖二所示的提示我“由于收款人戶名不符”導(dǎo)致轉(zhuǎn)賬失敗!!!

剛剛都已經(jīng)從我卡里扣過(guò)錢了，現(xiàn)在卻提示我轉(zhuǎn)賬失敗，銀行會(huì)不會(huì)把我的錢給吞了?轉(zhuǎn)賬失敗的錢還能退還給我嗎?

正在我緊張、焦慮、坐立不安之時(shí)又收到一條 App 沖正的消息，剛剛轉(zhuǎn)賬失敗的錢已經(jīng)退還給我了，看來(lái)我多慮了……這也證明咱平安銀行的 App 還是比較安全靠譜的!

為啥從我卡里扣錢那么迅速，而對(duì)方卻要幾秒才能到賬?并且轉(zhuǎn)賬失敗后，扣除的錢還能及時(shí)的返還到我的卡里?萬(wàn)一錢返還失敗怎么辦?

又或者我轉(zhuǎn)一次錢，對(duì)方卻收到了兩次轉(zhuǎn)賬的申請(qǐng)又該如何?帶著這些問(wèn)題，我腦海中浮現(xiàn)出“事務(wù)”二字!

在我們還在“牙牙學(xué)語(yǔ)”的時(shí)候，老師經(jīng)常會(huì)通過(guò)轉(zhuǎn)賬的栗子來(lái)跟我們講解事務(wù)，但跟這里場(chǎng)景不一樣的是，老師講的是本地事務(wù)，而這里面對(duì)的是分布式事務(wù)!我們先來(lái)簡(jiǎn)單回顧一下本地事務(wù)!

本地事務(wù)

談到本地事務(wù)，大家可能都很熟悉，因?yàn)檫@是數(shù)據(jù)庫(kù)引擎層面能支持的!所以也稱數(shù)據(jù)庫(kù)事務(wù)，數(shù)據(jù)庫(kù)事務(wù)四大特征：

• 原子性(A)
• 一致性(C)
• 隔離性(I)
• 持久性(D)

而在這四大特性中，我認(rèn)為一致性是最基本的特性，其他的三個(gè)特性都是為了保證一致性而存在的!

回到學(xué)生時(shí)代老師給我們舉的經(jīng)典例子，A 賬戶給 B 賬戶轉(zhuǎn)賬 100 元(A、B 處于同一個(gè)庫(kù)中)，如果 A 的賬戶發(fā)生扣款，B 的賬戶卻沒(méi)有到賬，這就出現(xiàn)了數(shù)據(jù)的不一致!

為了保證數(shù)據(jù)的一致性，數(shù)據(jù)庫(kù)的事務(wù)機(jī)制會(huì)讓 A 賬戶扣款和 B 賬戶到賬的兩個(gè)操作要么同時(shí)成功，如果有一個(gè)操作失敗，則多個(gè)操作同時(shí)回滾。

這就是事務(wù)的原子性，為了保證事務(wù)操作的原子性，就必須實(shí)現(xiàn)基于日志的 REDO/UNDO 機(jī)制!

但是，僅有原子性還不夠，因?yàn)槲覀兊南到y(tǒng)是運(yùn)行在多線程環(huán)境下，如果多個(gè)事務(wù)并行，即使保證了每一個(gè)事務(wù)的原子性，仍然會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)不一致的情況。

例如 A 賬戶原來(lái)有 200 元的余額， A 賬戶給 B 賬戶轉(zhuǎn)賬 100 元，先讀取 A 賬戶的余額，然后在這個(gè)值上減去 100 元，但是在這兩個(gè)操作之間，A賬戶又給 C 賬戶轉(zhuǎn)賬 100 元，那么***的結(jié)果應(yīng)該是 A 減去了 200 元。

但事實(shí)上，A 賬戶給 B 賬戶最終完成轉(zhuǎn)賬后，A 賬戶只減掉了 100 元，因?yàn)?A 賬戶向 C 賬戶轉(zhuǎn)賬減掉的 100 元被覆蓋了!

所以為了保證并發(fā)情況下的一致性，又引入的隔離性，即多個(gè)事務(wù)并發(fā)執(zhí)行后的狀態(tài)，和它們串行執(zhí)行后的狀態(tài)是等價(jià)的!

隔離性又有多種隔離級(jí)別，為了實(shí)現(xiàn)隔離性(最終都是為了保證一致性)數(shù)據(jù)庫(kù)又引入了悲觀鎖、樂(lè)觀鎖等等……

本文的主題是分布式事務(wù)，所以本地事務(wù)就只是簡(jiǎn)單回顧一下，需要記住的一點(diǎn)是，事務(wù)是為了保證數(shù)據(jù)的一致性!

分布式理論

還記得剛畢業(yè)那年，帶著滿腔的熱血就去到了一家互聯(lián)網(wǎng)公司，領(lǐng)導(dǎo)給我的***個(gè)任務(wù)就是在列表上增加一個(gè)修改數(shù)據(jù)的功能。

這能難倒我?我分分鐘給你搞出來(lái)!不就是在列表上增加了一個(gè)“修改”按鈕，點(diǎn)擊按鈕彈出框修改后保存就好了么。

然而一切不像我想象的那么順利，點(diǎn)擊保存并刷新列表后，頁(yè)面上的數(shù)據(jù)還是顯示的修改之前的內(nèi)容，像沒(méi)有修改成功一樣!過(guò)一會(huì)兒再刷新列表，數(shù)據(jù)就能正常顯示了!

測(cè)試多次之后都是這樣!沒(méi)見(jiàn)過(guò)什么大場(chǎng)面的我開(kāi)始有點(diǎn)慌了，是我哪里寫(xiě)得不對(duì)么?最終，我不得不求助組內(nèi)經(jīng)驗(yàn)比較豐富的前輩!

他深吸了一口氣告訴我說(shuō)：“畢竟是剛畢業(yè)的小伙子啊!我來(lái)跟你講講原因吧!我們的數(shù)據(jù)庫(kù)是做了讀寫(xiě)分離的，部分讀庫(kù)與寫(xiě)庫(kù)在不同的網(wǎng)絡(luò)分區(qū)。你的數(shù)據(jù)更新到了寫(xiě)庫(kù)，而讀數(shù)據(jù)的時(shí)候是從讀庫(kù)讀取的。更新到寫(xiě)庫(kù)的數(shù)據(jù)同步到讀庫(kù)是有一定的延遲的，也就是說(shuō)讀庫(kù)與寫(xiě)庫(kù)會(huì)有短暫的數(shù)據(jù)不一致”!“這樣不會(huì)體驗(yàn)不好么?為什么不能做到寫(xiě)入的數(shù)據(jù)立馬能讀出來(lái)?那我這個(gè)功能該怎么實(shí)現(xiàn)呢?”

面對(duì)我的一堆問(wèn)題，同事有些不耐煩的說(shuō)：“聽(tīng)說(shuō)過(guò) CAP 理論嗎?你先自己去了解一下吧”!于是我開(kāi)始查閱各種資料去了解這個(gè)陌生的詞背后的秘密!

CAP 理論是由加州大學(xué) Eric Brewer 教授提出來(lái)的，這個(gè)理論告訴我們，一個(gè)分布式系統(tǒng)不可能同時(shí)滿足一致性(Consistency)、可用性(Availability)、分區(qū)容錯(cuò)性(Partition tolerance)這三個(gè)基本需求，最多只能同時(shí)滿足其中兩項(xiàng)。

一致性：這里的一致性是指數(shù)據(jù)的強(qiáng)一致，也稱為線性一致性，是指在分布式環(huán)境中，數(shù)據(jù)在多個(gè)副本之間是否能夠保持一致的特性。

也就是說(shuō)對(duì)某個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行寫(xiě)操作后立馬執(zhí)行讀操作，必須能讀取到剛剛寫(xiě)入的值。(any read operation that begins after a write operation completes must return that value, or the result of a later write operation)

可用性：任意被無(wú)故障節(jié)點(diǎn)接收到的請(qǐng)求，必須能夠在有限的時(shí)間內(nèi)響應(yīng)結(jié)果。(every request received by a non-failing node in the system must result in a response)

分區(qū)容錯(cuò)性：如果集群中的機(jī)器被分成了兩部分，這兩部分不能互相通信，系統(tǒng)是否能繼續(xù)正常工作。(the network will be allowed to lose arbitrarily many messages sent from one node to another)

在分布式系統(tǒng)中，分區(qū)容錯(cuò)性是基本要保證的。也就是說(shuō)只能在一致性和可用性之間進(jìn)行取舍。

一致性和可用性，為什么不可能同時(shí)成立?回到之前修改列表的例子，由于數(shù)據(jù)會(huì)分布在不同的網(wǎng)絡(luò)分區(qū)，必然會(huì)存在數(shù)據(jù)同步的問(wèn)題，而同步會(huì)存在網(wǎng)絡(luò)延遲、異常等問(wèn)題，所以會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)的不一致!

如果要保證數(shù)據(jù)的一致性，那么就必須在對(duì)寫(xiě)庫(kù)進(jìn)行操作時(shí)，鎖定其他讀庫(kù)的操作。

只有寫(xiě)入成功且完成數(shù)據(jù)同步后，才能重新放開(kāi)讀寫(xiě)，而這樣在鎖定期間，系統(tǒng)喪失了可用性。更詳細(xì)關(guān)于 CAP 理論可以參考這篇文章，該文章講得比較通俗易懂!

分布式事務(wù)

分布式事務(wù)就是在分布式的場(chǎng)景下，需要滿足事務(wù)的需求!上篇文章我們聊過(guò)了消息中間件，那這篇文章我們要聊的是分布式事務(wù)，把兩者一結(jié)合，便有了基于消息中間件的分布式事務(wù)解決方案!

不管是本地事務(wù)，還是分布式事務(wù)，都是為了解決數(shù)據(jù)的一致性問(wèn)題!一致性這個(gè)詞咱們前面多次提及!

與本地事務(wù)不同的是，分布式事務(wù)需要保證的是分布式環(huán)境下，不同數(shù)據(jù)庫(kù)表中的數(shù)據(jù)的一致性問(wèn)題。

分布式事務(wù)的解決方案有多種，如 XA 協(xié)議、TCC 三階段提交、基于消息隊(duì)列等等，本文只會(huì)涉及基于消息隊(duì)列的解決方案!

本地事務(wù)講到了一致性，分布式事務(wù)不可避免的面臨著一致性的問(wèn)題!回到最開(kāi)始跨行轉(zhuǎn)賬的例子，如果 A 銀行用戶向 B 銀行用戶轉(zhuǎn)賬，正常流程應(yīng)該是：

• A 銀行對(duì)轉(zhuǎn)出賬戶執(zhí)行檢查校驗(yàn)，進(jìn)行金額扣減。
• A 銀行同步調(diào)用 B 銀行轉(zhuǎn)賬接口。
• B 銀行對(duì)轉(zhuǎn)入賬戶進(jìn)行檢查校驗(yàn)，進(jìn)行金額增加。
• B 銀行返回處理結(jié)果給A銀行。

在正常情況對(duì)一致性要求不高的場(chǎng)景，這樣的設(shè)計(jì)是可以滿足需求的。但是像銀行這樣的系統(tǒng)，如果這樣實(shí)現(xiàn)大概早就破產(chǎn)了吧。

我們先看看這樣的設(shè)計(jì)存在的主要問(wèn)題：

• 同步調(diào)用遠(yuǎn)程接口，如果接口比較耗時(shí)，會(huì)導(dǎo)致主線程阻塞時(shí)間較長(zhǎng)。
• 流量不能很好控制，A 銀行系統(tǒng)的流量高峰可能壓垮 B 銀行系統(tǒng)(當(dāng)然 B 銀行肯定會(huì)有自己的限流機(jī)制)。
• 如果“第 1 步”剛執(zhí)行完，系統(tǒng)由于某種原因宕機(jī)了，那會(huì)導(dǎo)致 A 銀行賬戶扣款了，但是 B 銀行沒(méi)有收到接口的調(diào)用，這就出現(xiàn)了兩個(gè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的不一致。
• 如果在執(zhí)行“第 3 步”后，B 銀行由于某種原因宕機(jī)了而無(wú)法正確回應(yīng)請(qǐng)求(實(shí)際上轉(zhuǎn)賬操作在 B 銀行系統(tǒng)已經(jīng)執(zhí)行且入庫(kù))，這時(shí)候 A 銀行等待接口響應(yīng)會(huì)異常，誤以為轉(zhuǎn)賬失敗而回滾“第 1 步”操作，這也會(huì)出現(xiàn)了兩個(gè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的不一致。

對(duì)于問(wèn)題的 1、2 都很好解決，如果對(duì)消息隊(duì)列熟悉的朋友應(yīng)該很快能想到可以引入消息中間件進(jìn)行異步和削峰處理。

于是又重新設(shè)計(jì)了一個(gè)方案，流程如下：

• A 銀行對(duì)賬戶進(jìn)行檢查校驗(yàn)，進(jìn)行金額扣減。
• 將對(duì) B 銀行的請(qǐng)求異步寫(xiě)入隊(duì)列，主線程返回。
• 啟動(dòng)后臺(tái)程序從隊(duì)列獲取待處理數(shù)據(jù)。
• 后臺(tái)程序?qū)?B 銀行接口進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)用。
• B 銀行對(duì)轉(zhuǎn)入賬戶進(jìn)行檢查校驗(yàn)，進(jìn)行金額增加。
• B 銀行處理完成回調(diào) A 銀行接口通知處理結(jié)果。

通過(guò)上面的圖我們能看到，引入消息隊(duì)列后，系統(tǒng)的復(fù)雜性瞬間提升了，雖然彌補(bǔ)了我們***種方案的幾個(gè)不足點(diǎn)，但也帶來(lái)了更多的問(wèn)題。

比如消息隊(duì)列系統(tǒng)本身的可用性、消息隊(duì)列的延遲等等!并且，這樣的設(shè)計(jì)依然沒(méi)有解決我們面臨的核心問(wèn)題，數(shù)據(jù)的一致性!

①如果“第 1 步”剛執(zhí)行完，系統(tǒng)由于某種原因宕機(jī)了，那會(huì)導(dǎo)致 A 銀行賬戶扣款了，但是寫(xiě)入消息隊(duì)列失敗，無(wú)法進(jìn)行 B 銀行接口調(diào)用，從而導(dǎo)致數(shù)據(jù)不一致。

②如果 B 銀行在執(zhí)行“第 5 步”時(shí)由于校驗(yàn)失敗而未能成功轉(zhuǎn)賬，在回調(diào) A 銀行接口通知回滾時(shí)網(wǎng)絡(luò)異?；蛘咤礄C(jī)，會(huì)導(dǎo)致 A 銀行轉(zhuǎn)賬無(wú)法完成回滾，從而導(dǎo)致數(shù)據(jù)不一致。

面對(duì)上述問(wèn)題，我們不得不對(duì)系統(tǒng)再次進(jìn)行升級(jí)改造。為了解決“A 銀行賬戶扣款了，但是寫(xiě)入消息隊(duì)列失敗”的問(wèn)題，我們需要借助一個(gè)轉(zhuǎn)賬日志表，或者叫轉(zhuǎn)賬流水表，該表簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)如下：

這個(gè)流水表需要怎么用呢?我們?cè)?ldquo;第 1 步”進(jìn)行扣款時(shí)，同時(shí)往流水表寫(xiě)入一條操作流水，狀態(tài)為“待處理”。

并且這兩個(gè)操作必須是原子的，也就是說(shuō)必須通過(guò)本地事務(wù)保證這兩個(gè)操作要么同時(shí)成功，要么同時(shí)失敗!

這就保證了只要轉(zhuǎn)賬扣款成功，必定會(huì)記錄一條狀態(tài)為“待處理”的轉(zhuǎn)賬流水。

如果在這一步失敗了，那自然就是轉(zhuǎn)賬失敗，沒(méi)有后續(xù)操作了。如果這步操作后系統(tǒng)宕機(jī)了導(dǎo)致沒(méi)有將消息成功寫(xiě)入消息隊(duì)列(也就是“第2步”)也沒(méi)關(guān)系，因?yàn)槲覀兊牧魉當(dāng)?shù)據(jù)已經(jīng)持久化了!

這時(shí)候我們只需要加入一個(gè)后臺(tái)線程進(jìn)行補(bǔ)償，定期的從轉(zhuǎn)賬流水表中讀取狀態(tài)為“待處理”且***更新的時(shí)間距當(dāng)前時(shí)間大于某個(gè)閾值的數(shù)據(jù)，重新放入消息隊(duì)列進(jìn)行補(bǔ)償。

這樣，就保證了消息即使丟失，也會(huì)有補(bǔ)償機(jī)制!B 銀行在處理完轉(zhuǎn)賬請(qǐng)求后會(huì)回調(diào) A 銀行的接口通知轉(zhuǎn)賬的狀態(tài)，從而更新 A 銀行流水表中的狀態(tài)字段!這樣就***解決了上一個(gè)方案中的兩個(gè)不足點(diǎn)。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖如下：

到目前為止，我們很好的解決了消息丟失的問(wèn)題，保證了只要 A 銀行轉(zhuǎn)賬操作成功，轉(zhuǎn)賬的請(qǐng)求就一定能發(fā)送到 B 銀行!

但是該方案又引入了一個(gè)問(wèn)題，通過(guò)后臺(tái)線程輪詢將消息放入消息隊(duì)列處理，同一次轉(zhuǎn)賬請(qǐng)求可能會(huì)出現(xiàn)多次放入消息隊(duì)列而多次消費(fèi)的情況。

這樣 B 銀行會(huì)對(duì)同一轉(zhuǎn)賬多次處理導(dǎo)致數(shù)據(jù)出現(xiàn)不一致!那怎么保證 B 銀行轉(zhuǎn)賬接口的冪等性呢?

同樣的，我們需要在 B 銀行系統(tǒng)中增加一個(gè)轉(zhuǎn)賬日志表，或者叫轉(zhuǎn)賬流水表，B 銀行每次接收到轉(zhuǎn)賬請(qǐng)求，在對(duì)賬戶進(jìn)行操作的時(shí)候同時(shí)往轉(zhuǎn)賬日志表中插入一條轉(zhuǎn)賬日志記錄，同樣這兩個(gè)操作也必須是原子的!

在接收到轉(zhuǎn)賬請(qǐng)求后，首先根據(jù)唯一轉(zhuǎn)賬流水 ID 在日志表中查找判斷該轉(zhuǎn)賬是否已經(jīng)處理過(guò)，如果未處理過(guò)則進(jìn)行處理，否則直接回調(diào)返回!

最終的架構(gòu)圖如下：

所以，我們這里最核心的就是 A 銀行通過(guò)本地事務(wù)保證日志記錄+后臺(tái)線程輪詢保證消息不丟失。

B 銀行通過(guò)本地事務(wù)保證日志記錄從而保證消息不重復(fù)消費(fèi)!B 銀行在回調(diào) A 銀行的接口時(shí)會(huì)通知處理結(jié)果，如果轉(zhuǎn)賬失敗，A 銀行會(huì)根據(jù)處理結(jié)果進(jìn)行回滾。

當(dāng)然，分布式事務(wù)***的解決方案是盡量避免出現(xiàn)分布式事務(wù)!

作者：蘇靜

簡(jiǎn)介：有過(guò)多年大型互聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)高并發(fā)、分布式、以及微服務(wù)技術(shù)有深入的研究及相關(guān)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。經(jīng)歷過(guò)自學(xué)，熱衷于技術(shù)研究與分享!格言：始終保持虛心學(xué)習(xí)的態(tài)度!