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learn.lianglianglee.com/专栏/分布式技术原理与实战45讲-完/10 如何在业务中体现 TCC 事务模型？.md.html
周伟 48163c6373 y
2022-05-11 18:52:13 +08:00

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<p id="tip" align="center"></p>
<div><h1>10 如何在业务中体现 TCC 事务模型？</h1>
<p>在分布式系统设计中，随着微服务的流行，通常一个业务操作被拆分为多个子任务，比如电商系统的下单和支付操作，就涉及到了创建和更新订单、扣减账户余额、扣减库存、发送物流消息等，那么在复杂业务开发中，如何保证最终数据一致性呢？</p>
<h3>TCC 事务模型是什么</h3>
<p>TCC（Try-Confirm-Cancel）的概念来源于 Pat Helland 发表的一篇名为“Life beyond Distributed Transactions:an Apostate’s Opinion”的论文。</p>
<p>TCC 提出了一种新的事务模型，基于业务层面的事务定义，锁粒度完全由业务自己控制，目的是解决复杂业务中，跨表跨库等大颗粒度资源锁定的问题。TCC 把事务运行过程分成 Try、Confirm / Cancel 两个阶段，每个阶段的逻辑由业务代码控制，避免了长事务，可以获取更高的性能。</p>
<h4>TCC 的各个阶段</h4>
<p>TCC 的具体流程如下图所示：</p>
<p><img src="assets/Ciqc1F6qgbmAC6GbAAJF3yzrcWs383.png" alt="1.png" /></p>
<p><strong>Try 阶段</strong>：调用 Try 接口，尝试执行业务，完成所有业务检查，预留业务资源。</p>
<p><strong>Confirm 或 Cancel 阶段</strong>：两者是互斥的，只能进入其中一个，并且都满足幂等性，允许失败重试。</p>
<ul>
<li><strong>Confirm 操作</strong>：对业务系统做确认提交，确认执行业务操作，不做其他业务检查，只使用 Try 阶段预留的业务资源。</li>
<li><strong>Cancel 操作</strong>：在业务执行错误，需要回滚的状态下执行业务取消，释放预留资源。</li>
</ul>
<p>Try 阶段失败可以 Cancel，如果 Confirm 和 Cancel 阶段失败了怎么办？</p>
<p>TCC 中会添加事务日志，如果 Confirm 或者 Cancel 阶段出错，则会进行重试，所以这两个阶段需要支持幂等；如果重试失败，则需要人工介入进行恢复和处理等。</p>
<h4>应用 TCC 的优缺点</h4>
<p>实际开发中，TCC 的本质是把数据库的二阶段提交上升到微服务来实现，从而避免数据库二阶段中长事务引起的低性能风险。</p>
<p>所以说，TCC 解决了跨服务的业务操作原子性问题，比如下订单减库存，多渠道组合支付等场景，通过 TCC 对业务进行拆解，可以让应用自己定义数据库操作的粒度，可以降低锁冲突，提高系统的业务吞吐量。</p>
<p>TCC 的不足主要体现在对微服务的侵入性强，TCC 需要对业务系统进行改造，业务逻辑的每个分支都需要实现 try、Confirm、Cancel 三个操作，并且 Confirm、Cancel 必须保证幂等。</p>
<p>另外 TCC 的事务管理器要记录事务日志，也会损耗一定的性能。</p>
<h3>从真实业务场景分析 TCC</h3>
<p>下面以一个电商中的支付业务来演示，用户在支付以后，需要进行更新订单状态、扣减账户余额、增加账户积分和扣减商品操作。</p>
<p>在实际业务中为了防止超卖，有下单减库存和付款减库存的区别，支付除了账户余额，还有各种第三方支付等，这里我们为了描述方便，统一使用扣款减库存，扣款来源是用户账户余额。</p>
<p><img src="assets/Ciqc1F6qgfuAJQCgAAG9JoGK4rY210.png" alt="image.png" /></p>
<h4>业务逻辑拆解</h4>
<p>我们把订单业务拆解为以下几个步骤：</p>
<ul>
<li>订单更新为支付完成状态</li>
<li>扣减用户账户余额</li>
<li>增加用户账户积分</li>
<li>扣减当前商品的库存</li>
</ul>
<p>如果不使用事务，上面的几个步骤都可能出现失败，最终会造成大量的数据不一致，比如订单状态更新失败，扣款却成功了；或者扣款失败，库存却扣减了等情况，这个在业务上是不能接受的，会出现大量的客诉。</p>
<p>如果直接应用事务，不使用分布式事务，比如在代码中添加 Spring 的声明式事务 @Transactional 注解，这样做实际上是在事务中嵌套了远程服务调用，一旦服务调用出现超时，事务无法提交，就会导致数据库连接被占用，出现大量的阻塞和失败，会导致服务宕机。另一方面，如果没有定义额外的回滚操作，比如遇到异常，非 DB 的服务调用失败时，则无法正确执行回滚。</p>
<h4>业务系统改造</h4>
<p>下面应用 TCC 事务，需要对业务代码改造，抽象 Try、Confirm 和 Cancel 阶段。</p>
<ul>
<li><strong>Try 操作</strong></li>
</ul>
<p>Try 操作一般都是锁定某个资源，设置一个预备的状态，冻结部分数据。比如，订单服务添加一个预备状态，修改为 UPDATING，也就是更新中的意思，冻结当前订单的操作，而不是直接修改为支付成功。</p>
<p>库存服务设置冻结库存，可以扩展字段，也可以额外添加新的库存冻结表。积分服务和库存一样，添加一个预增加积分，比如本次订单积分是 100，添加一个额外的存储表示等待增加的积分，账户余额服务等也是一样的操作。</p>
<ul>
<li><strong>Confirm 操作</strong></li>
</ul>
<p>Confirm 操作就是把前边的 Try 操作锁定的资源提交，类比数据库事务中的 Commit 操作。在支付的场景中，包括订单状态从准备中更新为支付成功；库存数据扣减冻结库存，积分数据增加预增加积分。</p>
<ul>
<li><strong>Cancel 操作</strong></li>
</ul>
<p>Cancel 操作执行的是业务上的回滚处理，类比数据库事务中的 Rollback 操作。首先订单服务，撤销预备状态，还原为待支付状态或者已取消状态，库存服务删除冻结库存，添加到可销售库存中，积分服务也是一样，将预增加积分扣减掉。</p>
<h4>执行业务操作</h4>
<p>下面来分析业务的实际执行操作，首先业务请求过来，开始执行 Try 操作，如果 TCC 分布式事务框架感知到各个服务的 Try 阶段都成功了以后，就会执行各个服务的 Confirm 逻辑。</p>
<p>如果 Try 阶段有操作不能正确执行，比如订单失效、库存不足等，就会执行 Cancel 的逻辑，取消事务提交。</p>
<h3>TCC 对比 2PC 两阶段提交</h3>
<p>TCC 事务模型的思想类似 2PC 提交，下面对比 TCC 和基于 2PC 事务 XA 规范对比。</p>
<h4>对比 2PC 提交</h4>
<p><img src="assets/CgqCHl6qgjmAASLlAAServJ4VUM890.png" alt="image" /></p>
<ul>
<li>第一阶段</li>
</ul>
<p>在 XA 事务中，各个 RM 准备提交各自的事务分支，事实上就是准备提交资源的更新操作（insert、delete、update 等）；而在 TCC 中，是主业务操作请求各个子业务服务预留资源。</p>
<ul>
<li>第二阶段</li>
</ul>
<p>XA 事务根据第一阶段每个 RM 是否都 prepare 成功，判断是要提交还是回滚。如果都 prepare 成功，那么就 commit 每个事务分支，反之则 rollback 每个事务分支。</p>
<p>在 TCC 中，如果在第一阶段所有业务资源都预留成功，那么进入 Confirm 步骤，提交各个子业务服务，完成实际的业务处理，否则进入 Cancel 步骤，取消资源预留请求。</p>
<h4>与 2PC/XA 两阶段提交的区别</h4>
<ul>
<li>2PC/XA 是数据库或者存储资源层面的事务，实现的是强一致性，在两阶段提交的整个过程中，一直会持有数据库的锁。</li>
<li>TCC 关注业务层的正确提交和回滚，在 Try 阶段不涉及加锁，是业务层的分布式事务，关注最终一致性，不会一直持有各个业务资源的锁。</li>
</ul>
<p>TCC 的核心思想是针对每个业务操作，都要添加一个与其对应的确认和补偿操作，同时把相关的处理，从数据库转移到业务中，以此实现跨数据库的事务。</p>
<h3>TCC 分布式服务组件</h3>
<p>在业务中引入 TCC 一般是依赖单独的 TCC 事务框架，可以选择自研或者应用开源组件。TCC 框架扮演了资源管理器的角色，常用的 TCC 开源组件有 Tcc-transaction、ByteTCC、Spring-cloud-rest-tcc 等。</p>
<p>前面介绍过的 Seata，可以选择 TCC 事务模式，也支持了 AT 模式及 Saga 模式。</p>
<p>以 Tcc-transaction 为例，源码托管在 <a href="https://github.com/changmingxie/tcc-transaction">Github-tcc-transaction</a>，提供了对 Spring 和 Dubbo 的适配，感兴趣的话可以查看 <a href="https://github.com/changmingxie/tcc-transaction/tree/master-1.2.x/tcc-transaction-tutorial-sample">tcc-transaction-tutorial-sample</a> 学习。</p>
<p><img src="assets/CgqCHl6qgnGAV36VAACSjbYig5g034.png" alt="image" /></p>
<h3>总结</h3>
<p>这一课时介绍了 TCC 分布式事务模型的应用，通过一个实际例子分析了如何应用 TCC 对业务系统进行改造，并且对比了 TCC 和 2PC 两阶段提交，以及 TCC 相关的开源组件。</p>
</div>
</div>
<div>
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