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分布式事务AT模式的脏写问题

AT模式原理

首先回顾一下AT模式的原理
AT模式同样是分阶段提交的事务模型,不过缺弥补了XA模型中资源锁定周期过长的缺陷。

AT

AT模式在执行完sql之后会直接提交事务,而不是进行等待,在执行的同时RM拦截本次执行,记录更新前后的快照到数据库的undo_log中。与XA的不同之处在于
阶段一RM的工作:

  • 注册分支事务
  • 记录undo-log(数据快照)
  • 执行业务sql并提交
  • 报告事务状态

阶段二提交时RM的工作:

  • 删除undo-log即可

阶段二回滚时RM的工作:

  • 根据undo-log回复数据到更新前

具体案例:例如,一个分支业务的SQL是这样的:update tb_account set money = money - 10 where id = 1

ATexample

如果这条sql执行成功,那么money字段自然是90,如果执行失败,则根据数据快照恢复数据。

AT模式的脏写问题

如前文所提,AT模式的性能好是因为执行完SQL之后会直接提交事务,但由于这个原因AT模式在并发情况下可能会出现安全性问题。接下来通过一个例子详细解释
比如当前有一张表,内容为id=1money=100,业务是修改当前余额减10

ATdu1

此时有一个线程1开始执行业务,按照左图中事务1的1.1-1.3顺序执行,同一时刻线程2也开始执行业务,但由于事务1中持有DB锁,事务2必须等待,直到事务1释放锁。当事务1执行完毕之后,此时的money被修改为90,事务2按照右图1.1-1.3步骤执行。假设此时,事务1发生异常,按照AT模式的要求需要按照数据快照进行回滚,而此时的事务的快照为money=100,执行左图的2.1步骤,将会使事务1和事务2的操作什么都没有发生,等于事务2付款成功,但没有真正的扣除余额。这就出现了问题。

ATdu2

发生上面这种问题的根本原因就是因为,事务之间没有做到隔离,如果说能做到隔离性,那么就不会存在这种问题。

AT模式的写隔离机制

为了解决这个问题AT模式引入了全局锁

全局锁

全局锁即是由TC记录当前正在操作某行数据的事务,该事务持有全局锁,具备执行权。


全局锁是由数据表实现,包含事务的xid,操作的表名table,操作行的主键pk

两个事务都被Seata管理的情况

分两种情况讨论:
第一种情况——两个事务都被Seata管理
下图展示了,引入全局锁之后事务的执行过程

ATdu3

还是和之前一样的过程,这次当事务1执行完毕业务sql之后,会获取全局锁,提交完事务之后,将DB锁释放掉。事务2进行业务sql执行,尝试获取全局锁,但此时全局锁由事务1持有。假设此时,事务1发生了异常需要回滚,事务1会尝试获取DB锁,但这时候的DB锁被事务2持有,于是就出现了,事务1等待事务2释放DB锁,事务2等待事务1释放全局锁,形成了死锁关系。在AT模式下,尝试获取全局锁会默认重试30次,每10ms进行一次重试,当死锁发生了,事务2长时间获取不到全局锁,任务就会超时,事务2会进行回滚并释放DB锁。也就是说事务2的操作失败了,此时事务1可以重新拿到DB锁进行快照恢复,money重新回到了100,恢复快照之后,事务1释放全局锁即可。这一次事务2并没有执行成功,保证了数据的一致性

与XA模式的区别

到这里看起来和XA模式就很像了,在高度竞争的情况下,同样需要锁,但区别点在于,XA模式下执行完毕SQL后并不提交事务,持有的是数据库锁,而在AT模式下,全局锁是由TC实现。数据库锁不释放,那么任何其他操作都会被互斥等待。TC是由Seata管理,假设此时有另外的一个事务,不被Seata管理,仅仅是操作这个表中的其他字段,这时由于AT模式执行完SQL就会提交事务释放数据库锁,此时并不会产生互斥等待,这是XA模式所做不到的。

仅有一个事务被Seata管理,另一个非Seata管理

第二种情况——一个事务被Seata管理,另一个非Seata管理
上面这个假设是非Seata管理的事务(以下称为事务2)操作的字段和事务1不同的情况,但如果当事务2操作的和事务1相同时,那不又出现脏写问题了吗,虽然这个概率很低,但依然是有可能发生的。

ATdu4

如图所示,事务1依旧按照1.1-1.3执行,在释放了DB锁之后,事务2开始执行。事务2执行完SQL之后,由于其并非由Seata管理,所以1.2之后不需要获取全局锁,直接提交事务释放DB锁。我们依旧假设此时事务1发生异常需要回滚,按照数据快照来看,事务1记录的money是100,而当事务2执行完毕之后money已经变为了80,此时如果直接回滚,那么又发生了脏写问题。
为了防止这个问题,Seata在保存快照时实际上会记录2份快照,一份是修改之前的快照,一份是修改之后的快照,在恢复快照数据时,会将更新后的快照值90和当前数据库的实际值80进行比对(类似CAS过程),如果数值不匹配则说明在此期间有另外的事务修改了数据,此时直接释放全局锁,事务1记录异常,发送告警信息让人工介入。如果一致则恢复数据,释放全局锁即可。




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