使用强大的DBPack处理分布式事务（PHP使用教程）

主流的分布式事务的处理方案

近些年，随着微服务的广泛使用，业务对系统的分布式事务处理能力的要求越来越高。

早期的基于XA协议的二阶段提交方案，将分布式事务的处理放在数据库驱动层，实现了对业务的无侵入，但是对数据的锁定时间很长，性能较低。

现在主流的TCC事务方案和SAGA事务方案，都是基于业务补偿机制，虽然没有全局锁，性能很高，但是一定程度上入侵了业务逻辑，增加了业务开发人员的开发时间和系统维护成本。

新兴的AT事务解决方案，例如Seata和Seata-golang，通过数据源代理层的资源管理器RM记录SQL回滚日志，跟随本地事务一起提交，大幅减少了数据的锁定时间，性能好且对业务几乎没有侵入。其缺点是支持的语言比较单一，例如Seata只支持Java语言类型的微服务，Seata-golang只支持Go语言类型的微服务。

为了突破AT事务对业务编程语言的限制，现在业界正在往DB Mesh的方向发展，通过将事务中间件部署在SideCar的方式，达到任何编程语言都能使用分布式事务中间件的效果。

DBPack是一个处理分布式事务的数据库代理，其能够拦截MySQL流量，生成对应的事务回滚镜像，通过与ETCD协调完成分布式事务，性能很高，且对业务没有入侵，能够自动补偿SQL操作，支持接入任何编程语言。DBPack还支持TCC事务模式，能够自动补偿HTTP请求。目前其demo已经有Java、Go、Python和PHP，TCC的sample也已经在路上了，demo示例可以关注dbpack-samples。

最新版DBPack不仅支持预处理的sql语句，还支持text类型的sql。DBPack最新版还兼容了php8的pdo_mysql扩展。Mysql 客户端在给用户发送 sql 执行结果时，如果执行没有异常，发送的第一个包为 OKPacket，该包中有一个标志位可以标识 sql 请求是否在一个事务中。如下图所示

这个包的内容为：

07 00 00 // 前 3 个字节表示 payload 的长度为 7 个字节
01 // sequence 响应的序号，前 4 个字节一起构成了 OKPacket 的 header
00 // 标识 payload 为 OKPacket
00 // affected row
00 // last insert id
03 00 // 状态标志位
00 00 // warning 数量

dbpack 之前的版本将标志位设置为 0，java、golang、.net core、php 8.0 之前的 mysql driver 都能正确协调事务，php 8.0 的 pdo driver 会对标志位进行校验，所以 php 8.0 以上版本在使用 dbpack 协调分布式事务时，会抛出 transaction not active 异常。最新版本已经修复了这个问题。

下图是具体的DBPack事务流程图。

其事务流程简要描述如下：

1. 客户端向聚合层服务的DBPack代理发起HTTP请求。
2. DBPack生成全局唯一的XID，存储到ETCD中。注意请求的地址和端口指向DBPack，并不直接指向实际API。
3. 如果开启全局事务成功（如果失败则直接结束事务），聚合层服务就可以通过HTTP header（X-Dbpack-Xid）拿到XID了。此时，聚合服务调用服务1并传递XID。
4. 服务1拿到XID，通过DBPack代理，注册分支事务（生成BranchID等信息，并存储到ETCD）。
5. 服务1的分支事务注册成功后，生成本地事务的回滚镜像，随着本地事务一起commit。
6. 服务2进行与服务1相同的步骤4和5。
7. 聚合层服务根据服务1和服务2的结果，决议是全局事务提交还是回滚，如果是成功，则返回HTTP 200给DBPack（除200以外的状态码都会被DBPack认为是失败）。DBPack更新ETCD中的全局事务状态为全局提交中或回滚中。
8. 服务1和服务2的DBPack，通过ETCD的watch机制，得知本地的分支事务是该提交还是回滚（如果是提交，则删除回滚日志；如果是回滚，则执行通过回滚日志回滚到事务前镜像）。
9. 所有的分支事务提交或回滚完成后，聚合层服务的DBPack的协程会检测到事务已经完成，将从ETCD删除XID和BranchID等事务信息。

本文将以PHP语言为例，详细介绍如何使用PHP对接DBPack完成分布式事务。实际使用其他语言时，对接过程也是类似的。

使用PHP对接DBPack实现分布式事务

前置条件

• 业务数据库为mysql数据库
• 业务数据表为innodb类型
• 业务数据表必须有主键

Step0: 安装ETCD

ETCD_VER=v3.5.3

# choose either URL
GOOGLE_URL=https://storage.googleapis.com/etcd
GITHUB_URL=https://github.com/etcd-io/etcd/releases/download
DOWNLOAD_URL=${GOOGLE_URL}

rm -f /tmp/etcd-${ETCD_VER}-linux-amd64.tar.gz
rm -rf /tmp/etcd-download-test && mkdir -p /tmp/etcd-download-test

curl -L ${DOWNLOAD_URL}/${ETCD_VER}/etcd-${ETCD_VER}-linux-amd64.tar.gz -o /tmp/etcd-${ETCD_VER}-linux-amd64.tar.gz
tar xzvf /tmp/etcd-${ETCD_VER}-linux-amd64.tar.gz -C /tmp/etcd-download-test --strip-components=1
rm -f /tmp/etcd-${ETCD_VER}-linux-amd64.tar.gz

/tmp/etcd-download-test/etcd --version
/tmp/etcd-download-test/etcdctl version
/tmp/etcd-download-test/etcdutl version

Step1: 在业务数据库中创建undo_log表

undo_log表用于存储本地事务的回滚镜像。

-- ----------------------------
-- Table structure for undo_log
-- ----------------------------
DROP TABLE IF EXISTS `undo_log`;
CREATE TABLE `undo_log` (
  `id` bigint(20) NOT NULL AUTO_INCREMENT,
  `branch_id` bigint(20) NOT NULL,
  `xid` varchar(100) NOT NULL,
  `context` varchar(128) NOT NULL,
  `rollback_info` longblob NOT NULL,
  `log_status` int(11) NOT NULL,
  `log_created` datetime NOT NULL,
  `log_modified` datetime NOT NULL,
  `ext` varchar(100) DEFAULT NULL,
  PRIMARY KEY (`id`),
  KEY `idx_unionkey` (`xid`,`branch_id`)
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8;

Step2: 编写配置文件，对接DBPack

• aggregation-service指的是微服务的聚合层，负责调用各业务接口。business-service指的是具体的业务接口。
• 完整的aggregation-service配置可以参考sample里的config-aggregation配置。
• 完整的business-service配置可以参考sample里的config-order配置

# 更新distributed_transaction.etcd_config.endpoints
# 更新listeners配置项，调整为实际聚合层服务的地址和端口
# 更新filters配置项，配置聚合层服务的API endpoint
vim /path/to/your/aggregation-service/config-aggregation.yaml

# 更新distributed_transaction.etcd_config.endpoints
# 更新listeners配置项，配置业务数据库信息，包括dbpack代理的端口
# 更新data_source_cluster.dsn
vim /path/to/your/business-service/config-service.yaml

Step3: 运行DBPack

git clone git@github.com:cectc/dbpack.git

cd dbpack
# build on local env
make build-local
# build on production env
make build

./dist/dbpack start --config /path/to/your/config-aggregation.yaml

./dist/dbpack start --config /path/to/your/config-service.yaml

Step4: 配置vhost，监听php项目端口

以Nginx为例，配置如下

server {
    listen 3001; # 暴露的服务端口
    index index.php index.html;
    root /var/www/code/; # 业务代码根目录

    location / {
        try_files $uri /index.php?$args;
    }

    location ~ \.php$ {
        fastcgi_split_path_info ^(.+\.php)(/.+)$;
        fastcgi_pass order-svc-app:9000; # php-fpm 端口
        fastcgi_index index.php;
        include fastcgi_params;
        fastcgi_param SCRIPT_FILENAME $document_root$fastcgi_script_name;
        fastcgi_param PATH_INFO $fastcgi_path_info;
    }
}

Step5: 编写应用程序

aggregation service example

<?php

class AggregationSvc
{

    public function CreateSo(string $xid, bool $rollback): bool
    {
        $createSoSuccess = $this->createSoRequest($xid);
        if (!$createSoSuccess) {
            return false;
        }
        $allocateInventorySuccess = $this->allocateInventoryRequest($xid);
        if (!$allocateInventorySuccess) {
            return false;
        }
        if ($rollback) {
            return false;
        }
        return true;
    }

    // private function createSoRequest(string $xid) ...
    // private function allocateInventoryRequest(string $xid) ...
}

$reqPath = strtok($_SERVER["REQUEST_URI"], '?');
$reaHeaders = getallheaders();

$xid = $reaHeaders['X-Dbpack-Xid'] ?? '';

if (empty($xid)) {
    die('xid is not provided!');
}

$aggregationSvc = new AggregationSvc();

if ($_SERVER['REQUEST_METHOD'] === 'POST') {
    switch ($reqPath) {
        case '/v1/order/create':
            if ($aggregationSvc->CreateOrder($xid, false)) {
                responseOK();
            } else {
                responseError();
            }
        case '/v1/order/create2':
            if ($aggregationSvc->CreateSo($xid, true)) {
                responseOK();
            } else {
                responseError();
            }
            break;
        default:
            die('api not found');
    }
}

function responseOK() {
    http_response_code(200);
    echo json_encode([
        'success' => true,
        'message' => 'success',
    ]);
}

function responseError() {
    http_response_code(400);
    echo json_encode([
        'success' => false,
        'message' => 'fail',
    ]);
}

order service example

<?php

class OrderDB
{
    private PDO $_connection;
    private static OrderDB $_instance;
    private string $_host = 'dbpack-order';
    private int $_port = 13308;
    private string $_username = 'dksl';
    private string $_password = '123456';
    private string $_database = 'order';

    const insertSoMaster = "INSERT /*+ XID('%s') */ INTO order.so_master (sysno, so_id, buyer_user_sysno, seller_company_code,
		receive_division_sysno, receive_address, receive_zip, receive_contact, receive_contact_phone, stock_sysno,
        payment_type, so_amt, status, order_date, appid, memo) VALUES (?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,now(),?,?)";

    const insertSoItem = "INSERT /*+ XID('%s') */ INTO order.so_item(sysno, so_sysno, product_sysno, product_name, cost_price,
		original_price, deal_price, quantity) VALUES (?,?,?,?,?,?,?,?)";

    public static function getInstance(): OrderDB
    {
        if (empty(self::$_instance)) {
            self::$_instance = new self();
        }
        return self::$_instance;
    }

    private function __construct()
    {
        try {
            $this->_connection = new PDO(
                "mysql:host=$this->_host;port=$this->_port;dbname=$this->_database;charset=utf8",
                $this->_username,
                $this->_password,
                [
                    PDO::ATTR_PERSISTENT => true,
                    PDO::ATTR_EMULATE_PREPARES => false, // to let DBPack handle prepread sql
                ]
            );
        } catch (PDOException $e) {
            die($e->getMessage());
        }
    }

    private function __clone()
    {
    }

    public function getConnection(): PDO
    {
        return $this->_connection;
    }

    public function createSo(string $xid, array $soMasters): bool
    {
        $this->getConnection()->setAttribute(PDO::ATTR_ERRMODE, PDO::ERRMODE_EXCEPTION);
        try {
            $this->getConnection()->beginTransaction();
            foreach ($soMasters as $master) {
                if (!$this->insertSo($xid, $master)) {
                    throw new PDOException("failed to insert soMaster");
                }
            }
            $this->getConnection()->commit();
        } catch (PDOException $e) {
            $this->getConnection()->rollBack();
            return false;
        }
        return true;
    }

    private function insertSo(string $xid, array $soMaster): bool
    {
        // insert into so_master, so_item ...
    }
}

$reqPath = strtok($_SERVER["REQUEST_URI"], '?');
$reqHeaders = getallheaders();

$xid = $reqHeaders['Xid'] ?? '';

if (empty($xid)) {
    die('xid is not provided!');
}

if ($_SERVER['REQUEST_METHOD'] === 'POST') {
    if ($reqPath === '/createSo') {
        $reqBody = file_get_contents('php://input');
        $soMasters = json_decode($reqBody, true);

        $orderDB = OrderDB::getInstance();
        $result = $orderDB->createSo($xid, $soMasters);

        if ($result) {
            responseOK();
        } else {
            responseError();
        }
    }
}

function responseOK() {
    http_response_code(200);
    echo json_encode([
        'success' => true,
        'message' => 'success',
    ]);
}

function responseError() {
    http_response_code(400);
    echo json_encode([
        'success' => false,
        'message' => 'fail',
    ]);
}

Step6: 访问聚合层业务接口

curl -X{HTTP Method} http://localhost:{DBPack监听的聚合层服务端口}/{聚合层服务的API endpoint}

注意的点

• 无论是使用mysqli驱动、pdo_mysql驱动，还是通过mysql_connect()连接数据库(<=php5.4)，在start transaction;开始之后，后续的业务操作必须在同一个数据库连接上进行。
• DBPack通过xid（全局事务唯一ID）在事务上下文中传播，业务数据库执行的业务SQL语句中，需要加入xid注释，这样DBPack才能根据xid处理对应的事务。例如insert /*+ XID('%s') */ into xx ...;

参考链接

• dbpack: https://github.com/CECTC/dbpack
• dbpack-samples: https://github.com/CECTC/dbpack-samples
• dbpack-doc: https://github.com/CECTC/dbpack-doc
• Seata-gplang: https://github.com/opentrx/seata-golang
• Seata: https://github.com/seata/seata
• AT事务模型设计：https://seata.io/zh-cn/blog/seata-at-mode-design.html

作者简介

卜贺贺。就职于日本楽天Rakuten CNTD，任Application Engineer，熟悉AT事务、Seata-golang和DBPack。GitHub：https://github.com/bohehe