分布式系统一致性协议--2PC,3PC

分布式系统中最重要的一块，一致性协议，其中就包括了大名鼎鼎的Paxos算法。

2PC与3PC

　　在分布式系统中，每一个机器节点虽然能够明确知道自己在进行事务操作过程中的结果是成功或是失败，但是却无法直接获取到其他分布式节点的操作结果，因此，当一个事务操作需要跨越多个分布式节点的时候，为了保持事务处理的ACID的特性，需要引入协调者的组件来统一调度所有分布式节点的执行逻辑，而被调度的节点则被称为参与者，协调者负责调度参与者的行为并最终决定这些参与者是否要把事务真正进行提交，基于这个思想，衍生出了二阶段提交和三阶段提交两种协议。

　　2.1 2PC

　　2PC为Two-Phase Commit的简写，为二阶段提交协议将事务的提交过程分成了两个阶段来进行处理，并执行如下流程：

　　阶段一：提交事务请求

　　① 事务询问，协调者向所有的参与者发送事务内容，询问是否可以执行事务提交操作，并开始等待各参与者的响应。

　　② 执行事务，各参与者节点执行事务操作（已经执行），并将Undo和Redo信息记入事务日志中。

　　③ 各参与者向协调者反馈事务询问的响应，如果参与者成功执行了事务操作，那么就反馈给协调者Yes响应，表示事务可以执行；如果参与者没有成功执行事务，那么就反馈给协调者No响应，表示事务不可以执行。

　　第一阶段近似于是协调者组织各参与者对一次事务操作的投票表态的过程，因此二阶段提交协议的阶段一也被称为投票阶段。

　　阶段二：执行事务提交

　　协调者会根据各参与者的反馈情况来决定最终是否可以进行事务提交操作，正常情况包含如下两种可能：

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

　　① 发送提交请求，协调者向所有参与者节点发出Commit请求。

　　② 事务提交，参与者接收到Commit请求后，会正式执行事务提交操作，并在完成提交之后释放在整个事务执行期间占用的事务资源。

　　③ 反馈事务提交结果，参与者在完成事务提交之后，向协调者发送Ack消息。

　　④ 完成事务，协调者接收到所有参与者反馈的Ack消息后，完成事务。

　　2. 中断事务，假如任意一个参与者向协调者反馈了No响应，或者在等待超时之后，协调者尚无法接收到参与者的反馈响应，就会中断事务。

　　① 发送回滚请求，协调者向所有参与者节点发出Rollback请求。

　　② 事务回滚，参与者接收到Rollback请求后，会利用其在阶段一中记录的Undo信息来执行事务回滚，并在完成回滚之后释放在整个事务执行期间占用的资源。

　　③ 反馈事务回滚结果，参与者在完成事务回滚后，向协调者发送Ack消息。

　　④ 中断事务，协调者接收所有参与者反馈的Ack消息后，完成事务中断。

　　二阶段提交协议的优点：原理简单，实现方便。缺点：同步阻塞，单点问题，数据不一致，太过保守。

　　同步阻塞：在二阶段提交的执行过程中，所有参与该事务操作的逻辑都处于阻塞状态，即当参与者占有公共资源时，其他节点访问公共资源不得不处于阻塞状态。

　　单点问题：若协调器出现问题，那么整个二阶段提交流程将无法运转，若协调者是在阶段二中出现问题时，那么其他参与者将会一直处于锁定事务资源的状态中，而无法继续完成事务操作。

　　数据不一致：在二阶段的阶段二，执行事务提交的时候，当协调者向所有的参与者发送Commit请求之后，发生了局部网络异常或者是协调者在尚未发送完Commit请求之前自身发生了崩溃，导致最终只有部分参与者收到了Commit请求，于是会出现数据不一致的现象。

　　太过保守：在进行事务提交询问的过程中，参与者出现故障而导致协调者始终无法获取到所有参与者的响应信息的话，此时协调者只能依靠自身的超时机制来判断是否需要中断事务，这样的策略过于保守，即没有完善的容错机制，任意一个结点的失败都会导致整个事务的失败。

　　2.2 3PC

　　三阶段提交，将二阶段提交协议的提交事务请求过程分为CanCommit、PreCommit、doCommit三个阶段组成的事务处理协议。

　　阶段一：canCommit

　　① 事务询问，协调者向所有的参与者发送一个包含事务内容的canCommit请求，询问是否可以执行事务提交操作，并开始等待各参与者的响应。

　　② 各参与者向协调者反馈事务询问的响应，参与者在接收到来自协调者的canCommit请求后，正常情况下，如果自身认为可以顺利执行事务，则反馈Yes响应，并进入预备状态，否则反馈No响应。

　　阶段二：preCommit

　　该阶段会根据反馈情况决定是否可以进行事务preCommit操作，正常情况下，包含如下两种可能：

　　执行事务预提交，假如所有参与反馈的都是Yes，那么就会执行事务预提交。

　　① 发送预提交请求，协调者向所有参与者节点发出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 各参与者向协调者反馈事务执行的响应，若参与者成功执行了事务操作，那么反馈Ack，同时等待最终的指令：提交（commit）或终止（abort）。

　　中断事务，若任一参与反馈了No响应，或者在等待超时后，协调者尚无法接收到所有参与者反馈，则中断事务。

　　① 发送中断请求，协调者向所有参与者发出abort请求。

　　② 中断事务，无论是收到来自协调者的abort请求或者等待协调者请求过程中超时，参与者都会中断事务。

　　阶段三：doCommit

　　该阶段会进行真正的事务提交，也会存在如下情况。　　

　　1. 执行提交

　　① 发送提交请求，进入这一阶段，若协调者处于正常工作状态，并且他接收到了来自所有参与者的Ack响应，那么他将从预提交状态转化为提交状态，并向所有的参与者发送doCommit请求。

　　② 事务提交，参与者接收到doCommit请求后，会正式执行事务提交操作，并在完成提交之后释放整个事务执行过程中占用的事务资源。

　　③ 反馈事务提交结果，参与者在完成事务提交后，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反馈的Ack消息后，完成事务。

　　2. 中断事务

　　① 发送中断请求，协调者向所有的参与者节点发送abort请求。

　　② 事务回滚，参与者收到abort请求后，会根据记录的Undo信息来执行事务回滚，并在完成回滚之后释放整个事务执行期间占用的资源。

　　③ 反馈事务回滚结果，参与者在完成事务回滚后，向协调者发送Ack消息。

　　④ 中断事务，协调者接收到所有参与者反馈的Ack消息后，中断事务。

　　三阶段提交协议降低了参与者的阻塞范围，能够在发生单点故障后继续达成一致。但是其可能还是会发生数据不一致问题。

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