分布式事务-03:3PC 三阶段提交协议实现过程及原理

上一篇：分布式事务-02:2PC 二阶段提交协议实现过程及原理

1.理论基础

三阶段提交（Three-phase commit），也叫三阶段提交协议（Three-phase commit protocol），可以看作是二阶段提交（2PC）的改进版本。 

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。

除了引入超时机制之外，3PC把2PC的准备阶段再次一分为二，这样三阶段提交就有CanCommit、PreCommit、DoCommit三个阶段。 

在第一阶段，只是询问所有参与者是否可以执行事务操作，并不在本阶段执行事务操作。当协调者收到所有的参与者都返回YES时，在第二阶段才执行事务操作，然后在第三阶段执行commit或者rollback。

2. 3pc实现

2.1CanCommit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。  这个阶段又可以细分为2个步骤：

• 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操作，并不在本地执行事务操作。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。 

2.2PreCommit阶段

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

1）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。

2）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。 

2.3doCommit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。

1）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。

2）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。 

在doCommit阶段，如果参与者无法及时接收到来自协调者的doCommit或者rebort请求时，会在等待超时之后，会继续进行事务的提交。

这里需要注意：当进入第三阶段时，说明参与者在第二阶段已经收到了PreCommit请求，那么协调者产生PreCommit请求的前提条件是他在第二阶段开始之前，收到所有参与者的CanCommit响应都是Yes。一旦参与者收到了PreCommit，意味他知道大家其实都同意修改了）所以，一句话概括就是，当进入第三阶段时，由于网络超时等原因，虽然参与者没有收到commit或者abort响应，但是他有理由相信：成功提交的几率很大。 

3.3pc优缺点

相对于2PC，3PC主要解决的单点故障问题，并减少阻塞，因为一旦参与者无法及时收到来自协调者的信息之后，他会默认执行commit，而不会一直持有事务资源并处于阻塞状态。但是这种机制也会导致数据一致性问题，因为，由于网络原因，协调者发送的abort响应没有及时被参与者接收到，那么参与者在等待超时之后执行了commit操作。这样就和其他接到abort命令并执行回滚的参与者之间存在数据不一致的情况。  

本文部分内容参考：https://www.bytesoft.org/