最后更新于：2020-04-08 17:37

概念
发展历程
核心组件
三种事务模式
- AT模式
- - 前提
  - 一个分布式事务在Seata中的执行流程
  - Seata 的事务提交方式与 XA 协议的两段式提交有什么不同呢？
  - - XA协议
    - Seata分支事务是如何提交和回滚的呢？
  - 写隔离
  - 读隔离
- TCC模式
- - TCC模式与AT模式的区别
  - TCC模式框架模型
  - TCC 业务模式与并发控制：
  - - 1.TCC 设计原则
    - 2.账务系统模型设计
    - 3.账务系统模型并发控制
    - 4.账务系统模型优化
  - TCC 异常控制
  - - 1. 空回滚：
    - 2.幂等控制：
    - 3. 防悬挂控制：
    - 4.异常控制实现
  - TCC 性能优化
  - - 1.同库模式
    - 2. 异步化
- Saga模式
- - Saga 模式使用场景
  - - 适用场景：
    - 优势：
    - 缺点：
  - 基于状态机引擎的 Saga 实现
  - - 状态机引擎原理
    - 状态机引擎设计
    - Saga 服务设计经验
    - 基于注解和拦截器的 Saga 实现
    - 两种 Saga 实现优劣对比

概念

Seata（原名Fescar）是阿里巴巴开源的分布式事务中间件，以高效并且对业务 0 侵入的方式，解决微服务场景下面临的分布式事务问题。

发展历程

2014 年，阿里中间件团队发布 TXC（Taobao Transaction Constructor），为集团内应用提供分布式事务服务。

2016 年，TXC 经过产品化改造，以 GTS（Global Transaction Service）的身份登陆阿里云，成为当时业界唯一一款云上分布式事务产品，在阿云里的公有云、专有云解决方案中，开始服务于众多外部客户。

2019 年起，基于 TXC 和 GTS 的技术积累，阿里中间件团队发起了开源项目 Fescar（Fast & EaSy Commit And Rollback, FESCAR），和社区一起建设这个分布式事务解决方案。

Fescar 开源后，蚂蚁金服加入 Fescar 社区参与共建，并在 Fescar 0.4.0 版本中贡献了 TCC 模式。

为了打造更中立、更开放、生态更加丰富的分布式事务开源社区，经过社区核心成员的投票，大家决定对 Fescar 进行品牌升级，并更名为 Seata，意为：Simple Extensible Autonomous Transaction Architecture，是一套一站式分布式事务解决方案。

核心组件

Seata官方针对TXC模型制作的示意图：

TXC的实现通过三个组件来完成。也就是上图的三个深黄色部分，其作用如下：

TC(Transaction Coordinator): 事务协调器，维护全局事务的运行状态，负责协调并驱动全局事务的提交或回滚(server端)。这个组件需要独立部署维护，目前0.6.1版本已经支持集群部署。

TM(Transaction Manager): 控制全局事务的边界，负责开启一个全局事务，并最终发起全局提交或全局回滚的决议(client端)。

RM(Resource Manager):控制分支事务，负责分支注册、状态汇报，并接收事务协调器的指令，驱动分支（本地）事务的提交和回滚(client端)。

TM是一个分布式事务的发起者和终结者，TC负责维护分布式事务的运行状态，而RM则负责本地事务的运行。

从模型图中可以看出，这三者的核心是TC，下图是Seata-Server整体的模块图：

1）Coordinator Core：最下面的模块是事务协调器核心代码，主要用来处理事务协调的逻辑，如是否 Commit、Rollback 等协调活动。

2）Store：存储模块，用来将我们的数据持久化，防止重启或者宕机数据丢失。

3）Discover：服务注册/发现模块，用于将 Server 地址暴露给 Client。

4）Config：用来存储和查找服务端的配置。

5）Lock：锁模块，用于给 Seata 提供全局锁的功能。

6）Rpc：用于和其他端通信。

7）HA-Cluster：高可用集群，目前还没开源。为 Seata 提供可靠的高可用功能。

这里暂不做详细讲解，可参考：http://seata.io/zh-cn/blog/seata-analysis-java-server.html

三种事务模式

AT模式

今年 1 月份，Seata 开源了 AT 模式。AT 模式是一种无侵入的分布式事务解决方案。在 AT 模式下，用户只需关注自己的“业务 SQL”，用户的 “业务 SQL” 作为一阶段，Seata 框架会自动生成事务的二阶段提交和回滚操作。

前提

1.基于支持本地 ACID 事务的关系型数据库。
2.Java 应用，通过 JDBC 访问数据库。

一个分布式事务在Seata中的执行流程

执行步骤：
1.TM 向 TC 申请开启一个全局事务，全局事务创建成功并生成一个全局唯一的 XID（由 ip:port:sequence 组成）。XID 在微服务调用链路的上下文中传播。
2.RM 向 TC 注册分支事务，接着执行这个分支事务并提交，最后将执行结果汇报给TC。
3.TM 根据 TC 中所有的分支事务的执行情况，发起全局提交或回滚决议。
4.TC 调度 XID 下管辖的全部分支事务完成提交或回滚请求。

Seata 的事务提交方式与 XA 协议的两段式提交有什么不同呢？

XA协议

在这里，先说一下XA协议，以下是百度百科的介绍：
XA协议由Tuxedo首先提出的，并交给X/Open组织，作为资源管理器（数据库）与事务管理器的接口标准。目前，Oracle、Informix、DB2和Sybase等各大数据库厂家都提供对XA的支持。XA协议采用两阶段提交方式来管理分布式事务。XA接口提供资源管理器与事务管理器之间进行通信的标准接口。XA协议包括两套函数，以xa_开头的及以ax_开头的。
以下的函数是事务管理器可以对资源管理器进行的操作：
1）xa_open,xa_close：建立和关闭与资源管理器的连接。
2）xa_start,xa_end：开始和结束一个本地事务。
3）xa_prepare,xa_commit,xa_rollback：预提交、提交和回滚一个本地事务。
4）xa_recover：回滚一个已进行预提交的事务。
5）ax_开头的函数使资源管理器可以动态地在事务管理器中进行注册，并可以对XID(TRANSACTION IDS)进行操作。
6）ax_reg,ax_unreg；允许一个资源管理器在一个TMS(TRANSACTION MANAGER SERVER)中动态注册或撤消注册。

以MySQL XA方案为例：
RM（Resource Manager）：资源管理器，用于直接执行本地事务的提交和回滚。在分布式集群中，一台MySQL服务器就是一个RM。
TM（Transaction Manager）：事务管理器，它是分布式事务的核心管理者。事务管理器与每个RM进行通信，协调并完成分布式事务的处理。发起一个分布式事务的MySQL客户端就是一个TM。

XA的两阶段提交分为Prepare阶段和Commit阶段，过程如下：

阶段一为准备阶段（prepare）。即所有的RM锁住需要的资源，在本地执行这个事务（执行sql，写redo/undo log等），但不提交，然后向Transaction Manager报告已准备就绪。
阶段二为提交阶段（commit）。当Transaction Manager确认所有参与者都ready后，向所有参与者发送commit命令。

XA 协议它依赖的是数据库层面来保障事务的一致性，也即是说 XA 的各个分支事务是在数据库层面上驱动的，由于 XA 的各个分支事务需要有 XA 的驱动程序，一方面会导致数据库与 XA 驱动耦合，另一方面它会导致各个分支的事务资源锁定周期长（直到两阶段提交完成才释放资源）。

基于这些问题，Seata另辟蹊径，在应用层做手脚，Seata的RM模块内部做了对数据库操作的代理层，如下：

Seata分支事务是如何提交和回滚的呢？

第一阶段：
分支事务利用 RM 模块中对 JDBC 数据源代理，加入了若干流程，对业务 SQL 进行解释，把业务数据在更新前后的数据镜像组织成回滚日志，并生成 undo log 日志，对全局事务锁的检查以及分支事务的注册等，利用本地事务 ACID 特性，将业务 SQL 和 undo log 写入同一个事物中一同提交到数据库中，保证业务 SQL 必定存在相应的回滚日志，最后对分支事务状态向 TC 进行上报。

第二阶段：

TM决议全局提交：

当 TM 决议提交时，就不需要同步协调处理了，TC 会异步调度各个 RM 分支事务删除对应的 undo log 日志即可，这个步骤非常快速地可以完成。这个机制对于性能提升非常关键，我们知道正常的业务运行过程中，事务执行的成功率是非常高的，因此可以直接在本地事务中提交，这步对于提升性能非常显著。

TM决议全局回滚：

当 TM 决议回滚时，RM 收到 TC 发送的回滚请求，RM 通过 XID 找到对应的 undo log 回滚日志，然后利用本地事务 ACID 特性，执行回滚日志完成回滚操作并删除 undo log 日志，最后向 TC 进行回滚结果上报。

业务对以上所有的流程都无感知，业务完全不关心全局事务的具体提交和回滚，而且最重要的一点是 Seata 将两段式提交的同步协调分解到各个分支事务中了，分支事务与普通的本地事务无任何差异，这意味着我们使用 Seata 后，分布式事务就像使用本地事务一样，完全将数据库层的事务协调机制交给了中间件层 Seata 去做了，这样虽然事务协调搬到应用层了，但是依然可以做到对业务的零侵入，从而剥离了分布式事务方案对数据库在协议支持上的要求，且 Seata 在分支事务完成之后直接释放资源，极大减少了分支事务对资源的锁定时间，完美避免了 XA 协议需要同步协调导致资源锁定时间过长的问题。

为了加深理解，我们用一个示例来更具体的说明AT模式下分支事务的工作过程：
业务表：product

Field	Type	Key
id	bigint(20)	PRI
name	varchar(100)
since	varchar(100)

分支事务的业务逻辑：

update product set name = 'GTS' where name = 'TXC';

一阶段

过程：

1.解析 SQL：得到 SQL 的类型（UPDATE），表（product），条件（where name = ‘TXC’）等相关的信息。
2.查询前镜像：根据解析得到的条件信息，生成查询语句，定位数据。

select id, name, since from product where name = 'TXC';

得到前镜像：

id	name	since
1	TXC	2014

3.执行业务 SQL：更新这条记录的 name 为 ‘GTS’。
4.查询后镜像：根据前镜像的结果，通过主键定位数据。

select id, name, since from product where id = 1`;

得到后镜像：

id	name	since
1	GTS	2014

5.插入回滚日志：把前后镜像数据以及业务 SQL 相关的信息组成一条回滚日志记录，插入到 UNDO_LOG 表中。

{"branchId": 641789253,"undoItems": [{"afterImage": {"rows": [{"fields": [{"name": "id","type": 4,"value": 1}, {"name": "name","type": 12,"value": "GTS"}, {"name": "since","type": 12,"value": "2014"}]}],"tableName": "product"},"beforeImage": {"rows": [{"fields": [{"name": "id","type": 4,"value": 1}, {"name": "name","type": 12,"value": "TXC"}, {"name": "since","type": 12,"value": "2014"}]}],"tableName": "product"},"sqlType": "UPDATE"}],"xid": "xid:xxx"
}

6.提交前，向 TC 注册分支：申请 product 表中，主键值等于 1 的记录的 全局锁 。
7.本地事务提交：业务数据的更新和前面步骤中生成的 UNDO LOG 一并提交。
8.将本地事务提交的结果上报给 TC。

二阶段-回滚
1.收到 TC 的分支回滚请求，开启一个本地事务，执行如下操作。
2.通过 XID 和 Branch ID 查找到相应的 UNDO LOG 记录。
3.数据校验：拿 UNDO LOG 中的后镜与当前数据进行比较，如果有不同，说明数据被当前全局事务之外的动作做了修改。这种情况，需要根据配置策略来做处理，详细的说明后续介绍。
4.根据 UNDO LOG 中的前镜像和业务 SQL 的相关信息生成并执行回滚的语句：

update product set name = 'TXC' where id = 1;

5.提交本地事务。并把本地事务的执行结果（即分支事务回滚的结果）上报给 TC。

二阶段-提交
1.收到 TC 的分支提交请求，把请求放入一个异步任务的队列中，马上返回提交成功的结果给 TC。
2.异步任务阶段的分支提交请求将异步和批量地删除相应 UNDO LOG 记录。

附：回滚日志表
UNDO_LOG Table：不同数据库在类型上会略有差别。

以 MySQL 为例：

Field	Type
branch_id	bigint PK
xid	varchar(100)
context	varchar(128)
rollback_info	longblob
log_status	tinyint
log_created	datetime
log_modified	datetime

CREATE TABLE `undo_log` (`id` bigint(20) NOT NULL AUTO_INCREMENT,`branch_id` bigint(20) NOT NULL,`xid` varchar(100) NOT NULL,`context` varchar(128) NOT NULL,`rollback_info` longblob NOT NULL,`log_status` int(11) NOT NULL,`log_created` datetime NOT NULL,`log_modified` datetime NOT NULL,PRIMARY KEY (`id`),UNIQUE KEY `ux_undo_log` (`xid`,`branch_id`)
) ENGINE=InnoDB AUTO_INCREMENT=1 DEFAULT CHARSET=utf8;

到这，我们已经很清楚，Seata在第一阶段就直接提交了分支的事务，这势必会造成隔离性的问题，所以Seata在数据库本地事务隔离级别读已提交（Read Committed）或以上的基础上，AT 模式的默认全局隔离级别是读未提交（Read Uncommitted），当然它也支持读已提交的隔离级别，接下来我们看下它是如何实现的：

首先来看下Seata是如何实现写隔离的

写隔离

一阶段本地事务提交前，需要确保先拿到全局锁。
拿不到全局锁，不能提交本地事务。
拿全局锁的尝试被限制在一定范围内，超出范围将放弃，并回滚本地事务，释放本地锁。
以一个示例来说明：

两个全局事务 tx1 和 tx2，分别对 a 表的 m 字段进行更新操作，m 的初始值 1000。

tx1 先开始，开启本地事务，拿到本地锁，更新操作 m = 1000 - 100 = 900。本地事务提交前，先拿到该记录的 全局锁 ，本地提交释放本地锁。 tx2 后开始，开启本地事务，拿到本地锁，更新操作 m = 900 - 100 = 800。本地事务提交前，尝试拿该记录的 全局锁 ，tx1 全局提交前，该记录的全局锁被 tx1 持有，tx2 需要重试等待 全局锁 。

tx1 二阶段全局提交，释放 全局锁 。tx2 拿到 全局锁 提交本地事务。

如果 tx1 的二阶段全局回滚，则 tx1 需要重新获取该数据的本地锁，进行反向补偿的更新操作，实现分支的回滚。

此时，如果 tx2 仍在等待该数据的 全局锁，同时持有本地锁，则 tx1 的分支回滚会失败。分支的回滚会一直重试（使用事件监听模式，轮询访问数据库undo_log查看是否有未回滚的数据记录，如果有则立即执行回滚操作），直到 tx2 的 全局锁 等锁超时，放弃 全局锁 并回滚本地事务释放本地锁，tx1 的分支回滚最终成功。

因为整个过程 全局锁 在 tx1 结束前一直是被 tx1 持有的，所以不会发生脏写的问题。

接着看看如果必须要求全局读已提交，Seata是如何实现读隔离的：

读隔离

如果应用在特定场景下，必需要求全局的读已提交，目前 Seata 的方式是通过 SELECT FOR UPDATE 语句的代理

SELECT FOR UPDATE 语句的执行会申请 全局锁 ，如果 全局锁 被其他事务持有，则释放本地锁（回滚 SELECT FOR UPDATE 语句的本地执行）并重试。这个过程中，查询是被 block 住的，直到 全局锁 拿到，即读取的相关数据是 已提交 的，才返回。

出于总体性能上的考虑，Seata 目前的方案并没有对所有 SELECT 语句都进行代理，仅针对 FOR UPDATE 的 SELECT 语句。

TCC模式

2019 年 3 月份，Seata 开源了 TCC 模式，该模式由蚂蚁金服贡献。TCC 模式需要用户根据自己的业务场景实现 Try、Confirm 和 Cancel 三个操作；事务发起方在一阶段执行 Try 方式，在二阶段提交执行 Confirm 方法，二阶段回滚执行 Cancel 方法。

TCC模式与AT模式的区别

从单系统到微服务转变，其实是一个资源横向扩展的过程，资源的横向扩展是指当单台机器达到资源性能瓶颈，无法满足业务增长需求时，就需要横向扩展资源，形成集群。通过横向扩展资源，提升非热点数据的并发性能，这对于大体量的互联网产品来说，是至关重要的。服务的拆分，也可以认为是资源的横向扩展，只不过方向不同而已。

资源横向扩展可能沿着两个方向发展，包括业务拆分和数据分片：

业务拆分。根据功能对数据进行分组，并将不同的微服务分布在多个不同的数据库上，这实际上就是 SOA 架构下的服务化。业务拆分就是把业务逻辑从一个单系统拆分到多个微服务中。
数据分片。在微服务内部将数据拆分到多个数据库上，为横向扩展增加一个新的维度。数据分片就是把一个微服务下的单个 DB 拆分成多个 DB，具备一个 Sharding 的功能。通过这样的拆解，相当于一种资源的横向扩展，从而使得整个架构可以承载更高的吞吐。

横向扩展的两种方法可以同时进行运用：交易、支付与账务三个不同微服务可以存储在不同的数据库中。另外，每个微服务内根据其业务量可以再拆分到多个数据库中，各微服务可以相互独立地进行扩展。

Seata 关注的就是微服务架构下的数据一致性问题，是一整套的分布式事务解决方案。而AT 模式主要从数据分片的角度，关注多 DB 访问的数据一致性，当然也包括多服务下的多 DB 数据访问一致性问题。TCC 模式则主要关注业务拆分，在按照业务横向扩展资源时，解决微服务间调用的一致性问题，保证读资源访问的事务属性。

TCC模式框架模型

在AT 模式下，就是把每个数据库当做一个 Resource，在本地事务提交时会去注册一个分支事务。那么对应到 TCC 模式里，也是一样的，Seata 框架把每组 TCC 接口当做一个 Resource，称为 TCC Resource。这套 TCC 接口可以是 RPC，也以是服务内 JVM 调用。在业务启动时，Seata 框架会自动扫描识别到 TCC 接口的调用方和发布方。如果是 RPC 的话，就是 sofa:reference、sofa:service、dubbo:reference、dubbo:service 等。

扫描到 TCC 接口的调用方和发布方之后。如果是发布方，会在业务启动时向 TC 注册 TCC Resource，与 DataSource Resource 一样，每个资源也会带有一个资源 ID。

如果是调用方，Seata 框架会给调用方加上切面，与 AT 模式一样，在运行时，该切面会拦截所有对 TCC 接口的调用。每调用一次 Try 接口，切面会先向 TC 注册一个分支事务，然后才去执行原来的 RPC 调用。当请求链路调用完成后，TC 通过分支事务的资源 ID 回调到正确的参与者去执行对应 TCC 资源的 Confirm 或 Cancel 方法。

TCC 业务模式与并发控制：

1.TCC 设计原则

从 TCC 模型的框架可以发现，TCC 模型的核心在于 TCC 接口的设计。用户在接入 TCC 时，大部分工作都集中在如何实现 TCC 服务上。设计一套 TCC 接口最重要的是什么？主要有两点：第一点，需要将操作分成两阶段完成。
TCC 模型认为对于业务系统中一个特定的业务逻辑，其对外提供服务时，必须接受一些不确定性，即对业务逻辑初步操作的调用仅是一个临时性操作，调用它的主业务服务保留了后续的取消权。如果主业务服务认为全局事务应该回滚，它会要求取消之前的临时性操作，这就对应从业务服务的取消操作。而当主业务服务认为全局事务应该提交时，它会放弃之前临时性操作的取消权，这对应从业务服务的确认操作。每一个初步操作，最终都会被确认或取消。因此，针对一个具体的业务服务，TCC 分布式事务模型需要业务系统提供三段业务逻辑：

初步操作 Try：完成所有业务检查，预留必须的业务资源。
确认操作 Confirm：真正执行的业务逻辑，不做任何业务检查，只使用 Try 阶段预留的业务资源。因此，只要 Try 操作成功，Confirm 必须能成功。另外，Confirm 操作需满足幂等性，保证一笔分布式事务能且只能成功一次。
取消操作 Cancel：释放 Try 阶段预留的业务资源。同样的，Cancel 操作也需要满足幂等性。
第二点，就是要根据自身的业务模型控制并发，这个对应 ACID 中的隔离性。

2.账务系统模型设计

下面我们以金融核心链路里的账务服务来分析一下。首先一个最简化的账务模型就是图中所列，每个用户或商户有一个账户及其可用余额。然后，分析下账务服务的所有业务逻辑操作，无论是交易、充值、转账、退款等，都可以认为是对账户的加钱与扣钱。

因此，我们可以把账务系统拆分成两套 TCC 接口，即两个 TCC Resource，一个是加钱 TCC 接口，一个是扣钱 TCC 接口。

那这两套接口分别需要做什么事情呢？如何将其分成两个阶段完成？下面将会举例说明 TCC 业务模式的设计过程，并逐渐优化。

我们先来看扣钱的 TCC 资源怎么实现。场景为 A 转账 30 元给 B。账户 A 的余额中有 100 元，需要扣除其中 30 元。这里的余额就是所谓的业务资源，按照前面提到的原则，在第一阶段需要检查并预留业务资源，因此，我们在扣钱 TCC 资源的 Try 接口里先检查 A 账户余额是否足够，然后预留余额里的业务资源，即扣除 30 元。

在 Confirm 接口，由于业务资源已经在 Try 接口里扣除掉了，那么在第二阶段的 Confirm 接口里，可以什么都不用做。而在 Cancel 接口里，则需要把 Try 接口里扣除掉的 30 元还给账户。这是一个比较简单的扣钱 TCC 资源的实现，后面会继续优化它。

而在加钱的 TCC 资源里。在第一阶段 Try 接口里不能直接给账户加钱，如果这个时候给账户增加了可用余额，那么在一阶段执行完后，账户里的钱就可以被使用了。但是一阶段执行完以后，有可能是要回滚的。因此，真正加钱的动作需要放在 Confirm 接口里。对于加钱这个动作，第一阶段 Try 接口里不需要预留任何资源，可以设计为空操作。那相应的，Cancel 接口没有资源需要释放，也是一个空操作。只有真正需要提交时，再在 Confirm 接口里给账户增加可用余额。

这就是一个最简单的扣钱和加钱的 TCC 资源的设计。在扣钱 TCC 资源里，Try 接口预留资源扣除余额，Confirm 接口空操作，Cancel 接口释放资源，增加余额。在加钱 TCC 资源里，Try 接口无需预留资源，空操作；Confirm 接口直接增加余额；Cancel 接口无需释放资源，空操作。

3.账务系统模型并发控制

之前提到，设计一套 TCC 接口需要有两点，一点是需要拆分业务逻辑成两阶段完成。这个我们已经介绍了。另外一点是要根据自身的业务模型控制并发。

Seata 框架本身仅提供两阶段原子提交协议，保证分布式事务原子性。事务的隔离需要交给业务逻辑来实现。隔离的本质就是控制并发，防止并发事务操作相同资源而引起的结果错乱。

举个例子，比如金融行业里管理用户资金，当用户发起交易时，一般会先检查用户资金，如果资金充足，则扣除相应交易金额，增加卖家资金，完成交易。如果没有事务隔离，用户同时发起两笔交易，两笔交易的检查都认为资金充足，实际上却只够支付一笔交易，结果两笔交易都支付成功，导致资损。

可以发现，并发控制是业务逻辑执行正确的保证，但是像两阶段锁这样的并发访问控制技术要求一直持有数据库资源锁直到整个事务执行结束，特别是在分布式事务架构下，要求持有锁到分布式事务第二阶段执行结束，也就是说，分布式事务会加长资源锁的持有时间，导致并发性能进一步下降。

因此，TCC 模型的隔离性思想就是通过业务的改造，在第一阶段结束之后，从底层数据库资源层面的加锁过渡为上层业务层面的加锁，从而释放底层数据库锁资源，放宽分布式事务锁协议，将锁的粒度降到最低，以最大限度提高业务并发性能。

还是以上面的例子举例，“账户 A 上有 100 元，事务 T1 要扣除其中的 30 元，事务 T2 也要扣除 30 元，出现并发”。在第一阶段 Try 操作中，需要先利用数据库资源层面的加锁，检查账户可用余额，如果余额充足，则预留业务资源，扣除本次交易金额，一阶段结束后，虽然数据库层面资源锁被释放了，但这笔资金被业务隔离，不允许除本事务之外的其它并发事务动用。

并发的事务 T2 在事务 T1 一阶段接口结束释放了数据库层面的资源锁以后，就可以继续操作，跟事务 T1 一样，加锁，检查余额，扣除交易金额。

事务 T1 和 T2 分别扣除的那一部分资金，相互之间无干扰。这样在分布式事务的二阶段，无论 T1 是提交还是回滚，都不会对 T2 产生影响，这样 T1 和 T2 可以在同一个账户上并发执行。

大家可以感受下，一阶段结束以后，实际上采用业务加锁的方式，隔离账户资金，在第一阶段结束后直接释放底层资源锁，该用户和卖家的其他交易都可以立刻并发执行，而不用等到整个分布式事务结束，可以获得更高的并发交易能力。

这里稍微有点抽象，下面我们将会针对业务模型进行优化，大家可以更直观的感受业务加锁的思想。

4.账务系统模型优化

前面的模型大家肯定会想，为啥一阶段就把钱扣除了？是的。之前只是为了简单说明 TCC 模型的设计思想。在实际中，为了更好的用户体验，在第一阶段，一般不会直接把账户的余额扣除，而是冻结，这样给用户展示的时候，就可以很清晰的知道，哪些是可用余额，哪些是冻结金额。

那业务模型变成什么样了呢？如图所示，需要在业务模型中增加冻结金额字段，用来表示账户有多少金额处以冻结状态。

既然业务模型发生了变化，那扣钱和加钱的 TCC 接口也应该相应的调整。还是以前面的例子来说明。

在扣钱的 TCC 资源里。Try 接口不再是直接扣除账户的可用余额，而是真正的预留资源，冻结部分可用余额，即减少可用余额，增加冻结金额。Confirm 接口也不再是空操作，而是使用 Try 接口预留的业务资源，即将该部分冻结金额扣除；最后在 Cancel 接口里，就是释放预留资源，把 Try 接口的冻结金额扣除，增加账户可用余额。加钱的 TCC 资源由于不涉及冻结金额的使用，所以无需更改。

通过这样的优化，可以更直观的感受到 TCC 接口的预留资源、使用资源、释放资源的过程。

那并发控制又变成什么样了呢？跟前面大部分类似，在事务 T1 的第一阶段 Try 操作中，先锁定账户，检查账户可用余额，如果余额充足，则预留业务资源，减少可用余额，增加冻结金额。并发的事务 T2 类似，加锁，检查余额，减少可用余额金额，增加冻结金额。

这里可以发现，事务 T1 和 T2 在一阶段执行完成后，都释放了数据库层面的资源锁，但是在各自二阶段的时候，相互之间并无干扰，各自使用本事务内第一阶段 Try 接口内冻结金额即可。这里大家就可以直观感受到，在每个事务的第一阶段，先通过数据库层面的资源锁，预留业务资源，即冻结金额。虽然在一阶段结束以后，数据库层面的资源锁被释放了，但是第二阶段的执行并不会被干扰，这是因为数据库层面资源锁释放以后通过业务隔离的方式为这部分资源加锁，不允许除本事务之外的其它并发事务动用，从而保证该事务的第二阶段能够正确顺利的执行。

通过这两个例子，为大家讲解了怎么去设计一套完备的 TCC 接口。最主要的有两点，一点是将业务逻辑拆分成两个阶段完成，即 Try、Confirm、Cancel 接口。其中 Try 接口检查资源、预留资源、Confirm 使用资源、Cancel 接口释放预留资源。另外一点就是并发控制，采用数据库锁与业务加锁的方式结合。由于业务加锁的特性不影响性能，因此，尽可能降低数据库锁粒度，过渡为业务加锁，从而提高业务并发能力。

相对于 AT 模式，TCC 模式对业务代码有一定的侵入性，但是 TCC 模式无 AT 模式的全局行锁，TCC 性能会比 AT 模式高很多。

TCC 异常控制

1. 空回滚：

**什么是空回滚？**空回滚就是对于一个分布式事务，在没有调用 TCC 资源 Try 方法的情况下，调用了二阶段的 Cancel 方法，Cancel 方法需要识别出这是一个空回滚，然后直接返回成功。

**什么样的情形会造成空回滚呢？**可以看图中的第 2 步，前面讲过，注册分支事务是在调用 RPC 时，Seata 框架的切面会拦截到该次调用请求，先向 TC 注册一个分支事务，然后才去执行 RPC 调用逻辑。如果 RPC 调用逻辑有问题，比如调用方机器宕机、网络异常，都会造成 RPC 调用失败，即未执行 Try 方法。但是分布式事务已经开启了，需要推进到终态，因此，TC 会回调参与者二阶段 Cancel 接口，从而形成空回滚。

**那会不会有空提交呢？**理论上来说不会的，如果调用方宕机，那分布式事务默认是回滚的。如果是网络异常，那 RPC 调用失败，发起方应该通知 TC 回滚分布式事务，这里可以看出为什么是理论上的，就是说发起方可以在 RPC 调用失败的情况下依然通知 TC 提交，这时就会发生空提交，这种情况要么是编码问题，要么开发同学明确知道需要这样做。

**那怎么解决空回滚呢？**前面提到，Cancel 要识别出空回滚，直接返回成功。那关键就是要识别出这个空回滚。思路很简单就是需要知道一阶段是否执行，如果执行了，那就是正常回滚；如果没执行，那就是空回滚。因此，需要一张额外的事务控制表，其中有分布式事务 ID 和分支事务 ID，第一阶段 Try 方法里会插入一条记录，表示一阶段执行了。Cancel 接口里读取该记录，如果该记录存在，则正常回滚；如果该记录不存在，则是空回滚。

2.幂等控制：

**什么是幂等？**幂等就是对于同一个分布式事务的同一个分支事务，重复去调用该分支事务的第二阶段接口，因此，要求 TCC 的二阶段 Confirm 和 Cancel 接口保证幂等，不会重复使用或者释放资源。如果幂等控制没有做好，很有可能导致资损等严重问题。

**什么样的情形会造成重复提交或回滚？**从图中可以看到，提交或回滚是一次 TC 到参与者的网络调用。因此，网络故障、参与者宕机等都有可能造成参与者 TCC 资源实际执行了二阶段防范，但是 TC 没有收到返回结果的情况，这时，TC 就会重复调用，直至调用成功，整个分布式事务结束。

怎么解决重复执行的幂等问题呢？一个简单的思路就是记录每个分支事务的执行状态。在执行前状态，如果已执行，那就不再执行；否则，正常执行。前面在讲空回滚的时候，已经有一张事务控制表了，事务控制表的每条记录关联一个分支事务，那我们完全可以在这张事务控制表上加一个状态字段，用来记录每个分支事务的执行状态。

3. 防悬挂控制：

**什么是悬挂?**悬挂就是对于一个分布式事务，其二阶段 Cancel 接口比 Try 接口先执行。因为允许空回滚的原因，Cancel 接口认为 Try 接口没执行，空回滚直接返回成功，对于 Seata 框架来说，认为分布式事务的二阶段接口已经执行成功，整个分布式事务就结束了。但是这之后 Try 方法才真正开始执行，预留业务资源，前面提到事务并发控制的业务加锁，对于一个 Try 方法预留的业务资源，只有该分布式事务才能使用，然而 Seata 框架认为该分布式事务已经结束，也就是说，当出现这种情况时，该分布式事务第一阶段预留的业务资源就再也没有人能够处理了，对于这种情况，我们就称为悬挂，即业务资源预留后没法继续处理。

**什么样的情况会造成悬挂呢？**按照前面所讲，在 RPC 调用时，先注册分支事务，再执行 RPC 调用，如果此时 RPC 调用的网络发生拥堵，通常 RPC 调用是有超时时间的，RPC 超时以后，发起方就会通知 TC 回滚该分布式事务，可能回滚完成后，RPC 请求才到达参与者，真正执行，从而造成悬挂。

**怎么实现才能做到防悬挂呢？**根据悬挂出现的条件先来分析下，悬挂是指二阶段 Cancel 执行完后，一阶段才执行。也就是说，为了避免悬挂，如果二阶段执行完成，那一阶段就不能再继续执行。因此，当一阶段执行时，需要先检查二阶段是否已经执行完成，如果已经执行，则一阶段不再执行；否则可以正常执行。那怎么检查二阶段是否已经执行呢？大家是否想到了刚才解决空回滚和幂等时用到的事务控制表，可以在二阶段执行时插入一条事务控制记录，状态为已回滚，这样当一阶段执行时，先读取该记录，如果记录存在，就认为二阶段已经执行；否则二阶段没执行。

如图所示，该状态字段有三个值，分别是初始化、已提交、已回滚。Try 方法插入时，是初始化状态。二阶段 Confirm 和 Cancel 方法执行后修改为已提交或已回滚状态。当重复调用二阶段接口时，先获取该事务控制表对应记录，检查状态，如果已执行，则直接返回成功；否则正常执行。

4.异常控制实现

在分析完空回滚、幂等、悬挂等异常 Case 的成因以及解决方案以后，下面我们就综合起来考虑，一个 TCC 接口如何完整的解决这三个问题。

首先是 Try 方法。结合前面讲到空回滚和悬挂异常，Try 方法主要需要考虑两个问题，一个是 Try 方法需要能够告诉二阶段接口，已经预留业务资源成功。第二个是需要检查第二阶段是否已经执行完成，如果已完成，则不再执行。先插入事务控制表记录，如果插入成功，说明第二阶段还没有执行，可以继续执行第一阶段。如果插入失败，则说明第二阶段已经执行或正在执行，则抛出异常，终止即可。

接下来是 Confirm 方法。因为 Confirm 方法不允许空回滚，也就是说，Confirm 方法一定要在 Try 方法之后执行。因此，Confirm 方法只需要关注重复提交的问题。可以先锁定事务记录，如果事务记录为空，则说明是一个空提交，不允许，终止执行。如果事务记录不为空，则继续检查状态是否为初始化，如果是，则说明一阶段正确执行，那二阶段正常执行即可。如果状态是已提交，则认为是重复提交，直接返回成功即可；如果状态是已回滚，也是一个异常，一个已回滚的事务，不能重新提交，需要能够拦截到这种异常情况，并报警。

最后是 Cancel 方法。因为 Cancel 方法允许空回滚，并且要在先执行的情况下，让 Try 方法感知到 Cancel 已经执行，所以和 Confirm 方法略有不同。首先依然是锁定事务记录。如果事务记录为空，则认为 Try 方法还没执行，即是空回滚。空回滚的情况下，应该先插入一条事务记录，确保后续的 Try 方法不会再执行。如果插入成功，则说明 Try 方法还没有执行，空回滚继续执行。如果插入失败，则认为 Try 方法正再执行，等待 TC 的重试即可。如果一开始读取事务记录不为空，则说明 Try 方法已经执行完毕，再检查状态是否为初始化，如果是，则还没有执行过其他二阶段方法，正常执行 Cancel 逻辑。如果状态为已回滚，则说明这是重复调用，允许幂等，直接返回成功即可。如果状态为已提交，则同样是一个异常，一个已提交的事务，不能再次回滚。

TCC 性能优化

虽然 TCC 模型已经完备，但是随着业务的增长，对于 TCC 模型的挑战也越来越大，可能还需要一些特殊的优化，才能满足业务需求。下面将介绍一下蚂蚁金服内部在 TCC 模型上都做了哪些优化。

1.同库模式

第一个优化方案是改为同库模式。同库模式简单来说，就是分支事务记录与业务数据在相同的库中。什么意思呢？之前提到，在注册分支事务记录的时候，框架的调用方切面会先向 TC 注册一个分支事务记录，注册成功后，才会继续往下执行 RPC 调用。TC 在收到分支事务记录注册请求后，会往自己的数据库里插入一条分支事务记录，从而保证事务数据的持久化存储。那同库模式就是调用方切面不再向 TC 注册了，而是直接往业务的数据库里插入一条事务记录。

在讲解同库模式的性能优化点之前，先给大家简单讲讲同库模式的恢复逻辑。一个分布式事务的提交或回滚还是由发起方通知 TC，但是由于分支事务记录保存在业务数据库，而不是 TC 端。因此，TC 不知道有哪些分支事务记录，在收到提交或回滚的通知后，仅仅是记录一下该分布式事务的状态。那分支事务记录怎么真正执行第二阶段呢？需要在各个参与者内部启动一个异步任务，定期捞取业务数据库中未结束的分支事务记录，然后向 TC 检查整个分布式事务的状态，即图中的 StateCheckRequest 请求。TC 在收到这个请求后，会根据之前保存的分布式事务的状态，告诉参与者是提交还是回滚，从而完成分支事务记录。

**那这样做有什么好处呢？**左边是采用同库模式前的调用关系图，在每次调用一个参与者的时候，都是先向 TC 注册一个分布式事务记录，TC 再持久化存储在自己的数据库中，也就是说，一个分支事务记录的注册，包含一次 RPC 和一次持久化存储。

右边是优化后的调用关系图。从图中可以看出，每次调用一个参与者的时候，都是直接保存在业务的数据库中，从而减少与 TC 之间的 RPC 调用。优化后，有多少个参与者，就节约多少次 RPC 调用。

这就是同库模式的性能方案。把分支事务记录保存在业务数据库中，从而减少与 TC 的 RPC 调用。

2. 异步化

另外一个性能优化方式就是异步化，什么是异步化。TCC 模型的一个作用就是把两阶段拆分成了两个独立的阶段，通过资源业务锁定的方式进行关联。资源业务锁定方式的好处在于，既不会阻塞其他事务在第一阶段对于相同资源的继续使用，也不会影响本事务第二阶段的正确执行。从理论上来说，只要业务允许，事务的第二阶段什么时候执行都可以，反正资源已经业务锁定，不会有其他事务动用该事务锁定的资源。

假设只有一个中间账户的情况下，每次调用支付服务的 Commit 接口，都会锁定中间账户，中间账户存在热点性能问题。

但是，在担保交易场景中，七天以后才需要将资金从中间账户划拨给商户，中间账户并不需要对外展示。因此，在执行完支付服务的第一阶段后，就可以认为本次交易的支付环节已经完成，并向用户和商户返回支付成功的结果，并不需要马上执行支付服务二阶段的 Commit 接口，等到低锋期时，再慢慢消化，异步地执行。

Saga模式

Saga 模式是由蚂蚁金服主要贡献的长事务解决方案。在 Saga 模式下，分布式事务内有多个参与者，每一个参与者都是一个冲正补偿服务，需要用户根据业务场景实现其正向操作和逆向回滚操作。

分布式事务执行过程中，依次执行各参与者的正向操作，如果所有正向操作均执行成功，那么分布式事务提交。如果任何一个正向操作执行失败，那么分布式事务会去退回去执行前面各参与者的逆向回滚操作，回滚已提交的参与者，使分布式事务回到初始状态。

Saga 模式下分布式事务通常是由事件驱动的，各个参与者之间是异步执行的，Saga 模式是一种长事务解决方案。

Saga 模式使用场景

适用场景：

业务流程长、业务流程多
参与者包含其他公司或遗留系统服务，无法提供TCC模式要求的三个接口
典型业务系统：如金融网络（与外部金融机构对接）、互联网微贷、渠道整合、分布式架构服务集成等业务系统
银行业金融机构使用广泛

优势：

一阶段提交本地事务，无锁，高性能
参与者可异步执行，高吞吐
补偿服务易于实现

缺点：

由于一阶段已经提交本地数据库事务，且没有进行“预留”动作，所以不能保证隔离性

基于状态机引擎的 Saga 实现

目前 Saga 的实现一般有两种，一种是通过事件驱动架构实现，一种是基于注解加拦截器拦截业务的正向服务实现。Seata 目前是采用事件驱动的机制来实现的，Seata 实现了一个状态机，可以编排服务的调用流程及正向服务的补偿服务，生成一个 json 文件定义的状态图，状态机引擎驱动到这个图的运行，当发生异常的时候状态机触发回滚，逐个执行补偿服务。当然在什么情况下触发回滚用户是可以自定义决定的。该状态机可以实现服务编排的需求，它支持单项选择、并发、异步、子状态机调用、参数转换、参数映射、服务执行状态判断、异常捕获等功能。

状态机引擎原理

该状态机引擎的基本原理是，它基于事件驱动架构，每个步骤都是异步执行的，步骤与步骤之间通过事件队列流转，
极大的提高系统吞吐量。每个步骤执行时会记录事务日志，用于出现异常时回滚时使用，事务日志会记录在与业务表所在的数据库内，提高性能。

状态机引擎设计

该状态机引擎分成了三层架构的设计，最底层是“事件驱动”层，实现了 EventBus 和消费事件的线程池，是一个 Pub-Sub 的架构。第二层是“流程控制器”层，它实现了一个极简的流程引擎框架，它驱动一个“空”的流程执行，“空”的意思是指它不关心流程节点做什么事情，它只执行每个节点的 process 方法，然后执行 route 方法流转到下一个节点。这是一个通用框架，基于这两层，开发者可以实现任何流程引擎。最上层是“状态机引擎”层，它实现了每种状态节点的“行为”及“路由”逻辑代码，提供 API 和状态图仓库，同时还有一些其它组件，比如表达式语言、逻辑计算器、流水生成器、拦截器、配置管理、事务日志记录等。

Saga 服务设计经验

和TCC类似，Saga的正向服务与反向服务也需求遵循以下设计原则：
1）Saga 服务设计 - 允许空补偿
2）Saga 服务设计 - 防悬挂控制
3）Saga 服务设计 - 幂等控制
4）Saga 设计 - 自定义事务恢复策略
前面讲到 Saga 模式不保证事务的隔离性，在极端情况下可能出现脏写。比如在分布式事务未提交的情况下，前一个服务的数据被修改了，而后面的服务发生了异常需要进行回滚，可能由于前面服务的数据被修改后无法进行补偿操作。这时的一种处理办法可以是“重试”继续往前完成这个分布式事务。由于整个业务流程是由状态机编排的，即使是事后恢复也可以继续往前重试。所以用户可以根据业务特点配置该流程的事务处理策略是优先“回滚”还是“重试”，当事务超时的时候，Server 端会根据这个策略不断进行重试。

由于 Saga 不保证隔离性，所以我们在业务设计的时候需要做到“宁可长款，不可短款”的原则，长款是指在出现差错的时候站在我方的角度钱多了的情况，钱少了则是短款，因为如果长款可以给客户退款，而短款则可能钱追不回来了，也就是说在业务设计的时候，一定是先扣客户帐再入帐，如果因为隔离性问题造成覆盖更新，也不会出现钱少了的情况。

基于注解和拦截器的 Saga 实现

还有一种 Saga 的实现是基于注解+拦截器的实现，Seata 目前没有实现，可以看上面的伪代码来理解一下，one 方法上定义了 @SagaCompensable 的注解，用于定义 one 方法的补偿方法是 compensateOne 方法。然后在业务流程代码 processA 方法上定义 @SagaTransactional 注解，启动 Saga 分布式事务，通过拦截器拦截每个正向方法当出现异常的时候触发回滚操作，调用正向方法的补偿方法。

两种 Saga 实现优劣对比

状态机引擎的最大优势是可以通过事件驱动的方法异步执行提高系统吞吐，可以实现服务编排需求，在 Saga 模式缺乏隔离性的情况下，可以多一种“向前重试”的事情恢复策略。注解加拦截器的的最大优势是，开发简单、学习成本低。

AT模式，二阶段如果是回滚的话，Seata 就需要回滚一阶段已经执行的“业务 SQL”，还原业务数据。回滚方式便是用“before image”还原业务数据；但在还原前要首先要校验脏写，对比“数据库当前业务数据”和 “after image”，如果两份数据完全一致就说明没有脏写，可以还原业务数据，如果不一致就说明有脏写，出现脏写就需要转人工处理。实际应用中需要关注一下这个问题

官方文档地址（中文版）：http://seata.io/zh-cn
参考链接：
https://www.jianshu.com/p/044e95223a17
https://www.jianshu.com/p/fe8c48f38382
https://blog.csdn.net/huaishu/article/details/89880971

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