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分布式事务TCC模式的空回滚和业务悬挂问题

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TCC模式的空回滚和业务悬挂问题

首先回顾一下TCC模式

TCC模式原理

TCC模式与AT模式非常相似,每阶段都是独立事务,不同的是TCC通过人工编码来实现数据恢复。需要实现三个方法:

  • Try:资源的检测和预留;
  • Confirm:完成资源操作业务;要求Try成功Confirm一定要能成功。
  • Cancel:预留资源释放,可以理解为Try的反向操作。

举例,一个扣减用户余额的业务。假设账户A原来余额是100,需要余额扣减30元。

  • 阶段一(Try): 检查余额是否充足,如果充足则冻结金额增加30元,可用余额扣除30
TCC1
  • 阶段二:假如要提交(Confirm),则冻结金额扣减30
TCC2
  • 阶段三:如果要回滚(Cancel),则冻结金额扣减30,可用余额增加30
TCC3

TCC工作模型图:

TCCALL

空回滚和业务悬挂问题

以代码中的account—service服务为例,利用TCC实现分布式事务需要完成以下逻辑:

  • 修改account-service,编写try、confirm、cancel逻辑
  • try业务:添加冻结金额,扣减可用金额
  • confirm业务:删除冻结金额
  • cancel业务:删除冻结金额,恢复可用金额
  • 保证confirm、cancel接口的幂等性
  • 允许空回滚
  • 拒绝业务悬挂

幂等性就是无论接口调用多少次,返回的结果应该具有一致性。那么什么是控回滚和业务悬挂呢?
空回滚:当某分支事务的try阶段阻塞时,可能导致全局事务超时而触发二阶段的cancel操作。在未执行try操作时先执行了cancel操作,这时cancel不能做回滚,就是空回滚
业务悬挂:对于已经空回滚的业务,如果以后继续执行try,就永远不可能confirm或cancel,这就是业务悬挂。应当阻止执行空回滚后的try操作,避免悬挂。
如下图所示

TCC111

空回滚情况:
上方调用分支按照TCC流程正常执行,此时下方调用分支因为某种原因而阻塞了,由于长时间没有执行,这个分支发生了超时错误,由TM经过2.1步骤发送超时错误,回滚全局事务的指令给TC,TC检查分支状态2.2,发现确实有一只分支超时,发送2.3回滚指令到各分支的RM,由RM执行2.4cancel操作。
此时对于第一个分支而言,执行cancel没有问题,因为流程正常。但对于第二个分支而言,他并没有执行第一步的try,所以此时第二个分支不能真正的执行cancel,需要执行空回滚,也就是说返回一个正常状态,且不报错。需要在cancel之前查看是否有前置的try,如果没有执行try则需要空回滚。

TCC222

业务悬挂情况:
假设在上方的基础上,下方分支的阻塞畅通了,此时他执行1.4去锁定资源(try),但整个事务都已经回滚结束了,所以他不会执行第二阶段,但冻结了资源,这种情况应该进行避免。需要在try操作之前查看当前分支是否已经回滚过,如果已经回滚过则不能在执行try命令。

实现方法

为了实现空回滚、防止业务悬挂,以及幂等性要求。我们必须在数据库记录冻结金额的同时,记录当前事务id和执行状态,为此我们设计了一张表:

CREATE TABLE `account_freeze_tbl` (
  `xid` varchar(128) NOT NULL COMMENT '事务id',
  `user_id` varchar(255) DEFAULT NULL COMMENT '用户id',
  `freeze_money` int(11) unsigned DEFAULT '0' COMMENT '冻结金额',
  `state` int(1) DEFAULT NULL COMMENT '事务状态,0:try,1:confirm,2:cancel',
  PRIMARY KEY (`xid`) USING BTREE
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8 ROW_FORMAT=COMPACT;
  1. Try业务

    • 记录冻结金额和事务状态0到account_freeze表
    • 扣减account表可用金额
  2. Confirm业务

    • 根据xid删除account_freeze表的冻结记录(因为如果一个事务confirm那么记录就没有意义了)
  3. Cancel业务

    • 修改account_freeze表,冻结金额为0,state为2
    • 修改account表,恢复可用金额
  4. 如何判断是否空回滚

    • cancel业务中,根据xid查询account_freeze,如果为null则说明try还没做,需要空回滚
  5. 如何避免业务悬挂

    • try业务中,根据xid查询account_freeze ,如果已经存在则证明Cancel已经执行,拒绝执行try业务

TCC标准接口声明

TCC的Try、Confirm、Cancel方法都需要在接口中基于注解来声明,语法如下:

    @LocalTCC
    public interface TCCService {
        /**
         * Try逻辑,@TwoPhaseBusinessAction中的name属性要与当前方法名一致,用于指定Try逻辑对应的方法
         */
        @TwoPhaseBusinessAction(name = "prepare", commitMethod = "confirm", rollbackMethod = "cancel")
        /**
         * 二阶段confirm确认方法、可以另命名,但要保证与commitMethod一致
         *
         * @param context 上下文,可以传递try方法的参数
         * @return boolean 执行是否成功 
         */
        void prepare(@BusinessActionContextParameter(paramName = "param") String param);
        /**
         * 二阶段回滚方法,要保证与rollbackMethod一致
         */
        boolean confirm(BusinessActionContext context);

        boolean cancel(BusinessActionContext context);
    }

在account-service中的具体实现

AccountTCCService.java

@LocalTCC
public interface AccountTCCService {

    // try阶段
    @TwoPhaseBusinessAction(name = "deduct", commitMethod = "confirm", rollbackMethod = "cancel")
    void deduct(@BusinessActionContextParameter(paramName = "userId") String userId,
                @BusinessActionContextParameter(paramName = "money") int money);
    // confirm阶段
    boolean confirm(BusinessActionContext context);
    // cancel阶段
    boolean cancel(BusinessActionContext context);
    
}

AccountTCCServiceImpl.java

@Slf4j
@Service
public class AccountTCCServiceImpl implements AccountTCCService {

    @Resource
    private AccountMapper accountMapper;

    @Resource
    private AccountFreezeMapper freezeMapper;

    @Override
    @Transactional
    public void deduct(String userId, int money) {
        // 数据库的money是unsigned字段,不可能为负数,所以这里不用检测余额,直接扣减为负数会抛出异常,这里的事务注解回滚
        // 0. 获取事务id
        String xid = RootContext.getXID();
        // 业务悬挂处理,防止已经发起回滚操作后,阻塞的try恢复,进行扣减,导致无法confirm也无法cancel
        // 1. 判断freeze中是否有冻结记录,如果有,一定是CANCEL执行过,需要拒绝业务
        AccountFreeze oldFreeze = freezeMapper.selectById(xid);
        if (oldFreeze != null) {
            // 拒绝
            return;
        }
        // 1. 扣减可用余额
        accountMapper.deduct(userId, money);
        // 2. 记录冻结金额,事务状态
        AccountFreeze freeze = new AccountFreeze();
        freeze.setUserId(userId);
        freeze.setFreezeMoney(money);
        freeze.setState(AccountFreeze.State.TRY);
        freeze.setXid(xid);
        freezeMapper.insert(freeze);
    }

    @Override
    public boolean confirm(BusinessActionContext context) {
        // 因为try获取成功后进入confirm,意味着分支状态检查通过,发起了事务提交指令,free表的数据就没有意义了,直接删除即可
        // 1. 获取事务id
        String xid = context.getXid();
        // 2. 根据id删除冻结记录
        int count = freezeMapper.deleteById(xid);
        return count == 1;
    }

    @Override
    public boolean cancel(BusinessActionContext context) {
        String xid = context.getXid();
        // 0. 查询冻结记录,可以走数据库,也可以走上下文
        AccountFreeze freeze = freezeMapper.selectById(xid);
        String userId = context.getActionContext("userId").toString();
        // 1. 空回滚判断,判断freeze是否为null,为null证明try没执行,需要空回滚
        if (freeze == null) {
            // 证明try没执行,需要空回滚,记录一下这个回滚的信息
            freeze = new AccountFreeze();
            freeze.setUserId(userId);
            freeze.setFreezeMoney(0);
            freeze.setState(AccountFreeze.State.CANCEL);
            freeze.setXid(xid);
            freezeMapper.insert(freeze);
            return true;
        }
        // 2. 幂等判断,只要cancel执行了,这个状态一定是CANCEL,所以判断这个值就可以知道是否幂等,防止上一轮cancel超时后重复执行cancel
        if (freeze.getState() == AccountFreeze.State.CANCEL) {
            // 已经处理过一次CANCEL了,无需重复处理
            return true;
        }
        // 1. 恢复可用余额
        accountMapper.refund(freeze.getUserId(), freeze.getFreezeMoney());
        // 2. 将冻结金额清零,状态改为CANCEL
        freeze.setFreezeMoney(0);
        freeze.setState(AccountFreeze.State.CANCEL);
        int count = freezeMapper.updateById(freeze);
        return count == 1;
    }
}

完整代码seata-demo模块benym/SpringCloudDemo/tree/master/seata-demo

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