事务:3PC

简介

三阶提交协议(Three Phase Commitment Protocol)。三阶段提交是为解决两阶段提交协议|的缺点而设计的。 与两阶段提交不同的是,三阶段提交是“非阻塞”协议。三阶段提交在两阶段提交的第一阶段与第二阶段之间插入了一个准备阶段,使得原先在两阶段提交中,参与者在投票之后,由于协调者发生崩溃或错误,而导致参与者处于无法知晓是否提交或者中止的“不确定状态”所产生的可能相当长的延时的问题[1]得以解决。 举例来说,假设有一个决策小组由一个主持人负责与多位组员以电话联络方式协调是否通过一个提案,以两阶段提交来说,主持人收到一个提案请求,打电话跟每个组员询问是否通过并统计回复,然后将最后决定打电话通知各组员。要是主持人在跟第一位组员通完电话后失忆,而第一位组员在得知结果并执行后老人痴呆,那么即使重新选出主持人,也没人知道最后的提案决定是什么,也许是通过,也许是驳回,不管大家选择哪一种决定,都有可能与第一位组员已执行过的真实决定不一致,老板就会不开心认为决策小组沟通有问题而解雇。三阶段提交即是引入了另一个步骤,主持人打电话跟组员通知请准备通过提案,以避免没人知道真实决定而造成决定不一致的失业危机。为什么能够解决二阶段提交的问题呢?回到刚刚提到的状况,在主持人通知完第一位组员请准备通过后两人意外失忆,即使没人知道全体在第一阶段的决定为何,全体决策组员仍可以重新协调过程或直接否决,不会有不一致决定而失业。那么当主持人通知完全体组员请准备通过并得到大家的再次确定后进入第三阶段,当主持人通知第一位组员请通过提案后两人意外失忆,这时候其他组员再重新选出主持人后,仍可以知道目前至少是处于准备通过提案阶段,表示第一阶段大家都已经决定要通过了,此时便可以直接通过。

算法

Three-phase commit diagram.png 与两阶段提交不同的是,三阶段提交有两个改动点。

  1. 引入超时机制。同时在协调者和参与者中都引入超时机制。
  2. 在第一阶段和第二阶段中插入一个准备阶段。保证了在最后提交阶段之前各参与节点的状态是一致的。

CanCommit阶段

3PC的CanCommit阶段其实和2PC的准备阶段很像。协调者向参与者发送commit请求,参与者如果可以提交就返回Yes响应,否则返回No响应。

  1. 事务询问 协调者向参与者发送CanCommit请求。询问是否可以执行事务提交操作。然后开始等待参与者的响应。
  2. 响应反馈 参与者接到CanCommit请求之后,正常情况下,如果其自身认为可以顺利执行事务,则返回Yes响应,并进入预备状态。否则反馈No

PreCommit阶段

协调者根据参与者的反应情况来决定是否可以记性事务的PreCommit操作。根据响应情况,有以下两种可能。

假如协调者从所有的参与者获得的反馈都是Yes响应,那么就会执行事务的预执行。

  1. 发送预提交请求 协调者向参与者发送PreCommit请求,并进入Prepared阶段。
  2. 事务预提交 参与者接收到PreCommit请求后,会执行事务操作,并将undo和redo信息记录到事务日志中。
  3. 响应反馈 如果参与者成功的执行了事务操作,则返回ACK响应,同时开始等待最终指令。

假如有任何一个参与者向协调者发送了No响应,或者等待超时之后,协调者都没有接到参与者的响应,那么就执行事务的中断。

  1. 发送中断请求 协调者向所有参与者发送abort请求。
  2. 中断事务 参与者收到来自协调者的abort请求之后(或超时之后,仍未收到协调者的请求),执行事务的中断。

doCommit阶段

该阶段进行真正的事务提交,也可以分为以下两种情况。

执行提交

  1. 发送提交请求 协调接收到参与者发送的ACK响应,那么他将从预提交状态进入到提交状态。并向所有参与者发送doCommit请求。
  2. 事务提交 参与者接收到doCommit请求之后,执行正式的事务提交。并在完成事务提交之后释放所有事务资源。
  3. 响应反馈 事务提交完之后,向协调者发送Ack响应。
  4. 完成事务 协调者接收到所有参与者的ack响应之后,完成事务。

中断事务 协调者没有接收到参与者发送的ACK响应(可能是接受者发送的不是ACK响应,也可能响应超时),那么就会执行中断事务。

  1. 发送中断请求 协调者向所有参与者发送abort请求
  2. 事务回滚 参与者接收到abort请求之后,利用其在阶段二记录的undo信息来执行事务的回滚操作,并在完成回滚之后释放所有的事务资源。
  3. 反馈结果 参与者完成事务回滚之后,向协调者发送ACK消息
  4. 中断事务 协调者接收到参与者反馈的ACK消息之后,执行事务的中断。

缺点

无论是二阶段提交还是三阶段提交都无法彻底解决分布式的一致性问题。Google Chubby的作者Mike Burrows说过, there is only one consensus protocol, and that’s Paxos” – all other approaches are just broken versions of Paxos. 意即世上只有一种一致性算法,那就是Paxos,所有其他一致性算法都是Paxos算法的不完整版。后面的文章会介绍这个公认为难于理解但是行之有效的Paxos算法。