實戰(zhàn)!阿里神器 Seata 實現(xiàn) TCC 模式解決分布式事務(wù)

今天這篇文章介紹一下Seata如何實現(xiàn)TCC事務(wù)模式，文章目錄如下：

什么是TCC模式？

TCC（Try Confirm Cancel）方案是一種應(yīng)用層面侵入業(yè)務(wù)的兩階段提交。是目前最火的一種柔性事務(wù)方案，其核心思想是：針對每個操作，都要注冊一個與其對應(yīng)的確認和補償（撤銷）操作。

TCC分為兩個階段，分別如下：

• 第一階段：Try（嘗試），主要是對業(yè)務(wù)系統(tǒng)做檢測及資源預(yù)留 (加鎖，鎖住資源)
• 第二階段：本階段根據(jù)第一階段的結(jié)果，決定是執(zhí)行confirm還是cancel

1. Confirm（確認）：執(zhí)行真正的業(yè)務(wù)（執(zhí)行業(yè)務(wù)，釋放鎖）
2. Cancle（取消）：是預(yù)留資源的取消（出問題，釋放鎖）

為了方便理解，下面以電商下單為例進行方案解析，這里把整個過程簡單分為扣減庫存，訂單創(chuàng)建 2 個步驟，庫存服務(wù)和訂單服務(wù)分別在不同的服務(wù)器節(jié)點上。

假設(shè)商品庫存為 100，購買數(shù)量為 2，這里檢查和更新庫存的同時，凍結(jié)用戶購買數(shù)量的庫存，同時創(chuàng)建訂單，訂單狀態(tài)為待確認。

①Try 階段

TCC 機制中的 Try 僅是一個初步操作，它和后續(xù)的確認一起才能真正構(gòu)成一個完整的業(yè)務(wù)邏輯，這個階段主要完成：

• 完成所有業(yè)務(wù)檢查( 一致性 ) 。
• 預(yù)留必須業(yè)務(wù)資源( 準(zhǔn)隔離性 ) 。
• Try 嘗試執(zhí)行業(yè)務(wù)。

②Confirm / Cancel 階段

根據(jù) Try 階段服務(wù)是否全部正常執(zhí)行，繼續(xù)執(zhí)行確認操作（Confirm）或取消操作（Cancel）。

Confirm 和 Cancel 操作滿足冪等性，如果 Confirm 或 Cancel 操作執(zhí)行失敗，將會不斷重試直到執(zhí)行完成。

Confirm：當(dāng) Try 階段服務(wù)全部正常執(zhí)行， 執(zhí)行確認業(yè)務(wù)邏輯操作，業(yè)務(wù)如下圖：

這里使用的資源一定是 Try 階段預(yù)留的業(yè)務(wù)資源。在 TCC 事務(wù)機制中認為，如果在 Try 階段能正常的預(yù)留資源，那 Confirm 一定能完整正確的提交。

Confirm 階段也可以看成是對 Try 階段的一個補充，Try+Confirm 一起組成了一個完整的業(yè)務(wù)邏輯。

Cancel：當(dāng) Try 階段存在服務(wù)執(zhí)行失敗， 進入 Cancel 階段，業(yè)務(wù)如下圖：

Cancel 取消執(zhí)行，釋放 Try 階段預(yù)留的業(yè)務(wù)資源，上面的例子中，Cancel 操作會把凍結(jié)的庫存釋放，并更新訂單狀態(tài)為取消。

TCC模式的三種類型？

業(yè)內(nèi)實際生產(chǎn)中對TCC模式進行了擴展，總結(jié)出了如下三種類型，其實從官方的定義中無此說法，不過是企業(yè)生產(chǎn)中根據(jù)實際的需求衍生出來的三種方案。

1、通用型 TCC 解決方案

通用型TCC解決方案是最經(jīng)典的TCC事務(wù)模型的實現(xiàn)，正如第一節(jié)介紹的模型，所有的從業(yè)務(wù)都參與到主業(yè)務(wù)的決策中。

適用場景：

由于從業(yè)務(wù)服務(wù)是同步調(diào)用，其結(jié)果會影響到主業(yè)務(wù)服務(wù)的決策，因此通用型 TCC 分布式事務(wù)解決方案適用于執(zhí)行時間確定且較短的業(yè)務(wù)，比如電商系統(tǒng)的三個核心服務(wù)：訂單服務(wù)、賬戶服務(wù)、庫存服務(wù)。

這個三個服務(wù)要么同時成功，要么同時失敗。

當(dāng)庫存服務(wù)、賬戶服務(wù)的第二階段調(diào)用完成后，整個分布式事務(wù)完成。

2、異步確保型 TCC 解決方案

異步確保型 TCC 解決方案的直接從業(yè)務(wù)服務(wù)是可靠消息服務(wù)，而真正的從業(yè)務(wù)服務(wù)則通過消息服務(wù)解耦，作為消息服務(wù)的消費端，異步地執(zhí)行。

可靠消息服務(wù)需要提供 Try，Confirm，Cancel 三個接口。Try 接口預(yù)發(fā)送，只負責(zé)持久化存儲消息數(shù)據(jù)；Confirm 接口確認發(fā)送，這時才開始真正的投遞消息；Cancel 接口取消發(fā)送，刪除消息數(shù)據(jù)。

消息服務(wù)的消息數(shù)據(jù)獨立存儲，獨立伸縮，降低從業(yè)務(wù)服務(wù)與消息系統(tǒng)間的耦合，在消息服務(wù)可靠的前提下，實現(xiàn)分布式事務(wù)的最終一致性。

此解決方案雖然增加了消息服務(wù)的維護成本，但由于消息服務(wù)代替從業(yè)務(wù)服務(wù)實現(xiàn)了 TCC 接口，從業(yè)務(wù)服務(wù)不需要任何改造，接入成本非常低。

適用場景：

由于從業(yè)務(wù)服務(wù)消費消息是一個異步的過程，執(zhí)行時間不確定，可能會導(dǎo)致不一致時間窗口增加。因此，異步確保性 TCC 分布式事務(wù)解決方案只適用于對最終一致性時間敏感度較低的一些被動型業(yè)務(wù)（從業(yè)務(wù)服務(wù)的處理結(jié)果不影響主業(yè)務(wù)服務(wù)的決策，只被動的接收主業(yè)務(wù)服務(wù)的決策結(jié)果）。比如會員注冊服務(wù)和郵件發(fā)送服務(wù)：

3、補償型 TCC 解決方案

補償型 TCC 解決方案與通用型 TCC 解決方案的結(jié)構(gòu)相似，其從業(yè)務(wù)服務(wù)也需要參與到主業(yè)務(wù)服務(wù)的活動決策當(dāng)中。但不一樣的是，前者的從業(yè)務(wù)服務(wù)只需要提供 Do 和 Compensate 兩個接口，而后者需要提供三個接口。

Do 接口直接執(zhí)行真正的完整業(yè)務(wù)邏輯，完成業(yè)務(wù)處理，業(yè)務(wù)執(zhí)行結(jié)果外部可見；Compensate 操作用于業(yè)務(wù)補償，抵消或部分抵消正向業(yè)務(wù)操作的業(yè)務(wù)結(jié)果，Compensate操作需滿足冪等性。

與通用型解決方案相比，補償型解決方案的從業(yè)務(wù)服務(wù)不需要改造原有業(yè)務(wù)邏輯，只需要額外增加一個補償回滾邏輯即可，業(yè)務(wù)改造量較小。但要注意的是，業(yè)務(wù)在一階段就執(zhí)行完整個業(yè)務(wù)邏輯，無法做到有效的事務(wù)隔離，當(dāng)需要回滾時，可能存在補償失敗的情況，還需要額外的異常處理機制，比如人工介入。

適用場景：

由于存在回滾補償失敗的情況，補償型 TCC 分布式事務(wù)解決方案只適用于一些并發(fā)沖突較少或者需要與外部交互的業(yè)務(wù)，這些外部業(yè)務(wù)不屬于被動型業(yè)務(wù)，其執(zhí)行結(jié)果會影響主業(yè)務(wù)服務(wù)的決策。

“

以上部分內(nèi)容參考自：https://seata.io/zh-cn/blog/tcc-mode-applicable-scenario-analysis.html?utm_source=gold_browser_extension

”

TCC事務(wù)模式的落地實現(xiàn)

在前面文章中介紹了Seata的AT模式，當(dāng)然Seata支持的事務(wù)模式不局限于AT模式，還有TCC模式、SAGA模式、XA模式，下面整合一下TCC模式。

1、演示場景

就以電商系統(tǒng)中下訂單為例，為了演示，直接去掉賬戶服務(wù)，以訂單服務(wù)、庫存服務(wù)為例介紹。

具體的邏輯如下：

1. 客戶端調(diào)用下訂單接口
2. 扣庫存
3. 創(chuàng)建訂單
4. 請求完成

根據(jù)上面的邏輯可知，訂單服務(wù)肯定是主業(yè)務(wù)服務(wù)，事務(wù)的發(fā)起方，庫存服務(wù)是從業(yè)務(wù)服務(wù)，參與事務(wù)的決策。

Seata的AT模式解決方案偽代碼如下：

@GlobalTransactional
public?Result?createOrder(Long?productId,Long?num,.....){
????//1、扣庫存
????reduceStorage();
????//2、創(chuàng)建訂單
????saveOrder();
}

@GlobalTransactional這個注解用于發(fā)起一個全局事務(wù)。

但是AT模式有局限性，如下：

• 性能低，鎖定資源時間太長
• 無法解決跨應(yīng)用的事務(wù)

因此對于要求性能的下單接口，可以考慮使用TCC模式進行拆分成兩階段執(zhí)行，這樣整個流程鎖定資源的時間將會變短，性能也能提高。

此時的TCC模式的拆分如下：

1、一階段的Try操作

TCC模式中的Try階段其實就是預(yù)留資源，在這個過程中可以將需要的商品數(shù)量的庫存凍結(jié)，這樣就要在庫存表中維護一個凍結(jié)的庫存這個字段。

偽代碼如下：

@Transactional
public?boolean?try(){
??//凍結(jié)庫存
??frozenStorage();
??//生成訂單，狀態(tài)為待確認
??saveOrder();
}

“

注意：@Transactional開啟了本地事務(wù)，只要出現(xiàn)了異常，本地事務(wù)將會回滾，同時執(zhí)行第二階段的cancel操作。

”

2、二階段的confirm操作

confirm操作在一階段try操作成功之后提交事務(wù)，涉及到的操作如下：

1. 釋放try操作凍結(jié)的庫存（凍結(jié)庫存-購買數(shù)量）
2. 生成訂單

偽代碼如下：

@Transactional
public?boolean?confirm(){
????//釋放掉try操作預(yù)留的庫存
????cleanFrozen();
????//修改訂單，狀態(tài)為已完成
????updateOrder();
????return?true;
}

“

注意：這里如果返回false，遵循TCC規(guī)范，應(yīng)該要不斷重試，直到confirm完成。

”

3、二階段的cancel操作

cancel操作在一階段try操作出現(xiàn)異常之后執(zhí)行，用于回滾資源，涉及到的操作如下：

1. 恢復(fù)凍結(jié)的庫存（凍結(jié)庫存-購買數(shù)量、庫存+購買數(shù)量）
2. 刪除訂單

偽代碼如下：

@Transactional
public?boolean?cancel(){
????//釋放掉try操作預(yù)留的庫存
????rollbackFrozen();
????//修改訂單，狀態(tài)為已完成
????delOrder();
????return?true;
}

“

注意：這里如果返回false，遵循TCC規(guī)范，應(yīng)該要不斷重試，直到cancel完成。

”

2、TCC事務(wù)模型的三個異常

實現(xiàn)TCC事務(wù)模型涉及到的三個異常是不可避免的，實際生產(chǎn)中必須要規(guī)避這三大異常。

1、空回滾

定義：在未調(diào)用try方法或try方法未執(zhí)行成功的情況下，就執(zhí)行了cancel方法進行了回滾。

怎么理解呢？未調(diào)用try方法就執(zhí)行了cancel方法，這個很容易理解，既然沒有預(yù)留資源，那么肯定是不能回滾。

try方法未執(zhí)行成功是什么意思？

可以看上節(jié)中的第一階段try方法的偽代碼，由于try方法開啟了本地事務(wù)，一旦try方法執(zhí)行過程中出現(xiàn)了異常，將會導(dǎo)致try方法的本地事務(wù)回滾（注意這里不是cancel方法回滾，而是try方法的本地事務(wù)回滾），這樣其實try方法中的所有操作都將會回滾，也就沒有必要調(diào)用cancel方法。

但是實際上一旦try方法拋出了異常，那么必定是要調(diào)用cancel方法進行回滾，這樣就導(dǎo)致了空回滾。

解決方案：

解決邏輯很簡單：在cancel方法執(zhí)行操作之前，必須要知道try方法是否執(zhí)行成功。

2、冪等性

TCC模式定義中提到：如果confirm或者cancel方法執(zhí)行失敗，要一直重試直到成功。

這里就涉及了冪等性，confirm和cancel方法必須保證同一個全局事務(wù)中的冪等性。

解決方案：

解決邏輯很簡單：對付冪等，自然是要利用冪等標(biāo)識進行防重操作。

3、懸掛

事務(wù)協(xié)調(diào)器在調(diào)用 TCC 服務(wù)的一階段 Try 操作時，可能會出現(xiàn)因網(wǎng)絡(luò)擁堵而導(dǎo)致的超時，此時事務(wù)管理器會觸發(fā)二階段回滾，調(diào)用 TCC 服務(wù)的 Cancel 操作，Cancel 調(diào)用未超時；

在此之后，擁堵在網(wǎng)絡(luò)上的一階段 Try 數(shù)據(jù)包被 TCC 服務(wù)收到，出現(xiàn)了二階段 Cancel 請求比一階段 Try 請求先執(zhí)行的情況，此 TCC 服務(wù)在執(zhí)行晚到的 Try 之后，將永遠不會再收到二階段的 Confirm 或者 Cancel ，造成 TCC 服務(wù)懸掛。

解決方案：

解決邏輯很簡單：在執(zhí)行try方法操作資源之前判斷cancel方法是否已經(jīng)執(zhí)行；同樣的在cancel方法執(zhí)行后要記錄執(zhí)行的狀態(tài)。

4、總結(jié)

針對以上三個異常，落地的解決方案很多，比如維護一個事務(wù)狀態(tài)表，每個事務(wù)的執(zhí)行階段全部記錄下來。

• 冪等：在執(zhí)行confirm或者cancel之前根據(jù)事務(wù)狀態(tài)表查詢當(dāng)前全局事務(wù)是否已經(jīng)執(zhí)行過confirm或者cancel方法
• 空回滾：在執(zhí)行cancel之前才能根據(jù)事務(wù)狀態(tài)表查詢當(dāng)前全局事務(wù)是否已經(jīng)執(zhí)行成功try方法
• 懸掛：在執(zhí)行try方法之前，根據(jù)事務(wù)狀態(tài)表查詢當(dāng)前全局事務(wù)是否已經(jīng)執(zhí)行過cancel方法

Seata整合TCC實現(xiàn)

關(guān)于如何搭建項目、添加依賴這里就不再細說了，本節(jié)介紹一下關(guān)鍵代碼。

源碼目錄如下：

項目啟動所需要的相關(guān)文件如下圖：

nacos目錄中的SEATA_GROUP是Seata事務(wù)服務(wù)端和客戶端所需要的相關(guān)配置，直接導(dǎo)入nacos即可。

seata目錄中的conf是1.3.0版本服務(wù)端的配置

SQL目錄是相關(guān)的幾個數(shù)據(jù)庫。

1、TCC接口定義

在order-boot模塊創(chuàng)建OrderTccService，代碼如下：

代碼中注釋已經(jīng)很完整了，下面挑幾個重點介紹一下：

1. @LocalTCC：該注解開啟TCC事務(wù)
2. @TwoPhaseBusinessAction：該注解標(biāo)注在try方法上，其中的三個屬性如下：
   1. name：TCC事務(wù)的名稱，必須是唯一的
   2. commitMethod：confirm方法的名稱，默認是commit
   3. rollbackMethod：cancel方法的名稱，，默認是rollback
3. confirm和cancel的返回值尤為重要，返回false則會不斷的重試。

2、TCC接口實現(xiàn)

定義有了，總要實現(xiàn)，如下：

1、try方法

①處的代碼是為了防止懸掛異常，從事務(wù)日志表中獲取全局事務(wù)ID的狀態(tài)，如果是cancel狀態(tài)則不執(zhí)行。

②處的代碼凍結(jié)庫存

③處的代碼生成訂單，狀態(tài)為待確認

④處的代碼向冪等工具類中添加一個標(biāo)記，key為當(dāng)前類和全局事務(wù)ID，value為當(dāng)前時間戳。

“

注意：必須要開啟本地事務(wù)，如上代碼使用@Transactional開啟本地事務(wù)

”

2、confirm方法

①處的代碼從冪等工具類中根據(jù)當(dāng)前類和全局事務(wù)ID獲取值，由于try階段執(zhí)行成功會向其中添加值，confirm方法執(zhí)行成功會移出這個值，因此在confirm開頭判斷這個值是否存在就起到了冪等效果，防止重試的效果。

⑥處的代碼從冪等工具類中移出try方法中添加的值。

②處的代碼是從BusinessActionContext中獲取try方法中的入?yún)ⅰ?/p>

③處的代碼是釋放掉凍結(jié)的庫存

④處的代碼是修改訂單的狀態(tài)為已完成。

“

注意：1. 開啟本地事務(wù) ?2. 注意返回值，返回false時將會重試

”

3、cancel方法

①處的代碼是向事務(wù)日志記錄表中插入一條數(shù)據(jù)，標(biāo)記當(dāng)前事務(wù)進入cancel方法，用來防止懸掛，這個和try方法中的①處的代碼相呼應(yīng)。

②處的代碼是為了防止冪等和空回滾，因為只有當(dāng)try方法中執(zhí)行成功冪等工具類中對應(yīng)的當(dāng)前類和全局事務(wù)ID才會存儲該值。這樣既防止了冪等，也防止了空回滾。

③處的代碼恢復(fù)凍結(jié)的庫存。

④處的代碼刪除這筆訂單

⑤處的代碼是移出冪等工具類當(dāng)前類和全局事務(wù)ID對應(yīng)的值。

3、如何防止TCC模型的三個異常？

實現(xiàn)方法有很多，有些案例是全部使用事務(wù)日志表記錄當(dāng)前的狀態(tài)，這樣完美的解決了冪等、空回滾、懸掛的問題。

陳某這里為了方便，使用了兩種方案，如下：

1、冪等、空回滾

使用了一個冪等工具類，其中是個Map，key為當(dāng)前類和全局事務(wù)ID，value是時間戳。

代碼如下：

思路如下：

1. 在try方法最后使用冪等工具類中的add方法添加值
2. 在confirm、cancel方法中使用冪等工具類中的remove方法移出值
3. 在confirm、cancel方法中使用冪等工具類中g(shù)et方法獲取值，如果為空，則表示已經(jīng)執(zhí)行過了，直接返回true，這樣既防止了冪等，也防止了空回滾。

2、懸掛

懸掛的實現(xiàn)依靠的是事務(wù)日志表，表結(jié)構(gòu)如下：

CREATE?TABLE?`transactional_record`?(
??`id`?bigint(11)?NOT?NULL?AUTO_INCREMENT,
??`xid`?varchar(100)?NOT?NULL,
??`status`?int(1)?DEFAULT?NULL?COMMENT?'1.?try??2?commit?3?cancel?',
??PRIMARY?KEY?(`id`)?USING?BTREE
)?ENGINE=InnoDB?DEFAULT?CHARSET=utf8mb4;

其中的xid是全局事務(wù)ID，status是事務(wù)的狀態(tài)。

“

其他的字段自己可以擴展

”

解決懸掛問題的邏輯如下：

1. cancel方法中將當(dāng)前全局事務(wù)ID記錄到事務(wù)日志表中，狀態(tài)為cancel
2. try方法執(zhí)行資源操作前檢查事務(wù)日志表中當(dāng)前全局事務(wù)ID是否已經(jīng)是cancel狀態(tài)

4、創(chuàng)建訂單的業(yè)務(wù)方法

上面只是完成了TCC的三個方法，主業(yè)務(wù)事務(wù)發(fā)起方還未提供，代碼如下：

@GlobalTransactional這個注解開啟了全局事務(wù)，是事務(wù)的發(fā)起方。

內(nèi)部直接調(diào)用的TCC的try方法。

5、其他的配置

以上只是列出了關(guān)鍵的步驟，剩余其他的配置自己根據(jù)案例源碼完善，如下：

1. 接口測試
2. 整合nacos
3. 整合feign
4. 整合seata，TCC模式中的配置和AT模式的Seata配置相同

“

注意：一定要配置Seata的事務(wù)組tx-service-group，配置方法見之前的文章。

”

6、總結(jié)

TCC事務(wù)模型相對來說比較簡單的一種，有興趣的可以下載源碼試試。

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