分布式事务（Seata）——Seata分布式事务XA模式、AT模式、TCC模式的介绍和对比 & 结合案例分析AT模式和XA模式【源码】

前言

事务(TRANSACTION)是一个不可分割的逻辑单元，包含了一组数据库操作命令，并且把所有的命令作为一个整体向系统提交，要么都执行、要么都不执行。

事务作为系统中必须考虑的问题，无论是在单体项目还是在分布式项目中都需要进行处理，而尤其在分布式微服务调用的情况下，事务的处理就变得复杂。

本篇博客进行了Seata分布式事务XA模式、AT模式、TCC模式的介绍和对比，阐述了三种模式的联系和不同，并结合案例分析了seata的作用，对比了XA模式和AT模式下对执行其他操作的影响。

本篇博客源码以及seata1.4版本的安装包见下面git地址
https://gitee.com/pet365/seta-demo

关于分布式事务，CAP理论见下面博客：

分布式事务——CAP理论 & 解决分布式事务的思路 & Seata组件初识 和 部署

SpringCloud其他相关的组件博客文章合集如下：

【合集】Spring Cloud 组件——架构进化史话 & Eureka，Nacos，OpenFeign，Ribbon，Sentinel，Gateway . . .

引出

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1、XA规范使用两阶段提交(2PC,Two-Phase Commit)来保证所有资源同时提交或回滚任何特定的事务。

• 第一阶段为准备(prepare)阶段。即所有的参与者准备执行事务并锁住需要的资源。参与者ready时，向transaction manager报告已准备就绪。
• 第二阶段为提交阶段(commit)。当transaction manager确认所有参与者都ready)后，向所有参与者发送commit命令。

2、AT模式与XA模式

（1）Seata AT模式是两阶段提交协议的演变：

• 一阶段：业务数据和回滚日志记录在同一个本地事务中提交，释放本地锁和连接资源。
• 二阶段：
  • 提交异步化，非常快速地完成。
  • 回滚通过一阶段的回滚日志进行反向补偿。

（2）AT模式与XA模式的区别

• XA模式一阶段不提交事务，锁定资源；AT模式一阶段直接提交，不锁定资源。
• XA模式依赖数据库机制实现回滚：AT模式利用数据快照实现数据回滚。
• XA是强一致性；AT是最终一致性。

3、Tny-Confirm-Cancel，TCC模式

TCC是分布式事务中二阶段提交协议的实现，它的全称为Tny-Confirm-Cancel,即资源预留(Try)、确认操作(Confirm)、取消操作(Cancel),具体含义如下：

• Try(prepare)阶段：对业务资源的检查并预留。
• Confirm(commit)阶段：对y业务处理进行提交，该步骤会对Ty预留的资源进行释放，只要Try成功，Confirm-一定要能成功.
• Cancel(rollback)阶段：对业务处理进行取消，即回滚操作。

Seata分布式事务XA模式

一、Java中分布式事务解决方案JTA

1、什么是XA

• XA规范是X/Open组织定义的分布式事务处理(DTP,Distributed Transaction Processing)标准。
• XA规范使用两阶段提交(2PC,Two-Phase Commit)来保证所有资源同时提交或回滚任何特定的事务。
• 第一阶段为准备(prepare)阶段。即所有的参与者准备执行事务并锁住需要的资源。参与者ready时，向transaction manager报告已准备就绪。
• 第二阶段为提交阶段(commit)。当transaction manager确认所有参与者都ready)后，向所有参与者发送commit命令。

XA规范在上世纪90年代初就被提出。目前，几乎所有主流的数据库都对XA规范提供了支持。

2、Java分布式事务的解决方案JTA(Java Transaction API)

定义了Java的XA接口，由具体的厂商提供实现，J2EE容器(WebLogic、JBoss)是JTA接口的实现者。

JTA的缺点：

• 同步阻塞，并发效率差，准备阶段的成本持久，全局事务状态的成本持久。
• 分布式架构存在瓶颈，单点的协调者(J2EE容器)会成为系统的瓶颈，需要建立协调者的集群来解决。
• 数据源的类型受限，基本都是MySQL、Oracle类型的关系型数据库。

优点：开发代价小，程序不需要有太多的变化。

二、Seata XA模式

http://seata.io/zh-cn/index.html

在Seata定义的分布式事务框架内，利用事务资源（数据库、消息服务等）对XA协议的支持，以XA协议的机制来管理分支事务的一种事务模式。

XA模式需要事务资源（数据库、消息服务等）支持XA协议，比如mysql把redolog分为两个阶段。

1、执行阶段

RM一阶段的工作，XA start/XA end/XA prepare+SQL+注册分支

• 注册分支事务到TC

  • XA Start,Seata全局事务的XID和Branchld关联起来，以便由TC 驱动 XA 分支的提交或回滚

• 执行分支事务但不提交

  • 业务SQL操作放在XA分支中进行，由资源对XA协议的支持来保证可回滚
  • XA分支完成后，执行XA prepare,同样，由资源对XA协议的支持来保证持久化（即，之后任何意外都不会造成无法回滚的情况)

• 报告执行状态到TC

2、完成阶段

• TC二阶段的工作，TC检测各个分支事的执行状态，如果全部成功，通知所有M提交事务；如果有失败，通知所有RM回滚事务。
• RM二阶段的工作，接收TC指令，提交或回滚事务
  • 分支提交：执行XA分支的commit
  • 分支回滚：执行分支的rollback

3、XA模式的优缺点

(1)优点

• 事务的强一致性，，满足ACID原则
• 常用的数据都支持，实现简单，没有代码入侵

(2)缺点

• 一阶段要锁定数据库资源，等待二阶段结束才释放，性能较差
• 依赖关系型数据库实现事务

4、XA模式的思考

XA模式下默认的事务的超时时间为60000毫秒，分支事务超时后会进行全局回滚。

但是如果协调者宕机，那么其中已经准备但未提交事务的所有参与者都会被阻塞。被阻塞的根本是锁。

例如在读已提交隔离级别上，数据库事务通常会获取到待修改行数据的行级排他锁来防止脏写。在分布式事务提交或中止前，参与者数据库在能释放这些锁，因此协调者宕机多久，这些锁就要持有多久（在没有人为干预的情况
下)。这些锁被持有的期间，导致其他事务不能修改这些数据（根据数据库的不同，读取操作也可能被阻塞），所以这些数据相关的业务都会被阻塞，导致应用大面积的不可用，直至存疑事务被解决（提交/中止）。

理论上，如果协调者崩溃并重新启动，它应该从日志中恢复事务的状态，并解决现存的疑虑事务，但是在实际生产中，仍然会有疑虑事务的出现（可能是事务日志被破坏）。

也许你可能会考虑将相关应用的数据库服务器重启，但是在2PC正确的实现中，为了原子性的保证，重启后也必须持有存疑事务的锁。那么这样唯一的解决方案是让管理员手动提交还是回滚事务。

所以，协调者的高可用是需要我们考虑的问题。

Seata分布式事务AT模式

一、AT模式介绍

Seata AT模式同样是分阶段提交的事务模型，弥补了XA模式资源锁定周期过长的缺陷。缺点就是数据不是强一致性，因为它的数据会真实的提交到数据库的，而如果后面做分支事务有问题的话，回滚靠的是日志来实现最终一致。AT模式，是seatal的默认模式。

1、AT摸式的原理

第一阶段RM的工作：

• 首先注册分支事务到事务协调者TC中
• 记录一个SQL更新前的快照到undo_log日志表中
• 执行SQL并提交数据库事务
• 记录更新后的快照到undo_log日志表中
• 报告事务状态

第二阶段RM的工作：

• 如果此时所有微服务都执行完，并且没有出现异常情况，事务协调者TC通知RM删除udo-log记录

• 如果此时中途有微服务出现异常情况，则TC会通知RM根据udo-log记录的对应快照恢复数据到更新前

2、执行流程

二、AT模式的开发

1、修改配置，准备undo_log表

AT模式只需要将配置中的data-source-proxy-mode:XA改为AT,或者是直接去除这一行配置即可。

AT模式会使用到几个数据库表：

• 重做日志表：undo_log, 在每个业务数据库中都要创建

-- ----------------------------
-- Table structure for undo_log
-- ----------------------------
DROP TABLE IF EXISTS `undo_log`;
CREATE TABLE `undo_log`  (
  `id` bigint(0) NOT NULL AUTO_INCREMENT,
  `branch_id` bigint(0) NOT NULL,
  `xid` varchar(100) CHARACTER SET utf8 COLLATE utf8_general_ci NOT NULL,
  `context` varchar(128) CHARACTER SET utf8 COLLATE utf8_general_ci NOT NULL,
  `rollback_info` longblob NOT NULL,
  `log_status` int(0) NOT NULL,
  `log_created` datetime(0) NOT NULL,
  `log_modified` datetime(0) NOT NULL,
  PRIMARY KEY (`id`) USING BTREE,
  UNIQUE INDEX `ux_undo_log`(`xid`, `branch_id`) USING BTREE
) ENGINE = InnoDB AUTO_INCREMENT = 1 CHARACTER SET = utf8 COLLATE = utf8_general_ci ROW_FORMAT = Dynamic;
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• 分支事务表：branch table,在seata的数据库中创建
• 全局事务表：global_table,在seatal的数据库中创建
• 全局锁表：lock table,在seata的数据库中创建

全局事务表跟分支事务表是一对多的关系，一个全局事务对应多个分支事务。

2、AT模式与XA模式

（1）Seata AT模式是两阶段提交协议的演变：

• 一阶段：业务数据和回滚日志记录在同一个本地事务中提交，释放本地锁和连接资源。
• 二阶段：
  • 提交异步化，非常快速地完成。
  • 回滚通过一阶段的回滚日志进行反向补偿。

（2）AT模式与XA模式的区别

• XA模式一阶段不提交事务，锁定资源；AT模式一阶段直接提交，不锁定资源。
• XA模式依赖数据库机制实现回滚：AT模式利用数据快照实现数据回滚。
• XA是强一致性；AT是最终一致性。

Seata分布式事务TCC模式

一、TCC模式介绍

Tcc是分布式事务中二阶段提交协议的实现，它的全称为Tny-Confirm-Cancel,即资源预留(Try)、确认操作(Confirm)、取消操作(Cancel),具体含义如下：

• Try(prepare)阶段：对业务资源的检查并预留。
• Confirm(commit)阶段：对y业务处理进行提交，该步骤会对Ty预留的资源进行释放，只要Try成功，Confirm-一定要能成功.
• Cancel(rollback)阶段：对业务处理进行取消，即回滚操作。

Seata的TCC模式，整体是两阶段提交的模型。全局事务是由若干分支事务组成的，分支事务要满足两阶段提交的模型要求，即需要每个分支事务都具备自己的：一阶段prepare、二阶段commit或rollback.

具体的执行流程如下：

根据两阶段行为模式的不同，我们将分支事务划分为Automatic(Branch)Transaction Mode和TCC(Branch) Transaction Mode.

AT模式基于支持本地ACID事务的关系型数据库：

• 一阶段prepare行为：在本地事务中，一并提交业务数据更新和相应回滚日志记录。
• 二阶段commit行为：马上成功结束，自动异步批量清理回滚日志。
• 二阶段rollback行为：通过回滚日志，自动生成补偿操作，完成数据回滚。

相应的，TCC模式，不依赖于底层数据资源的事务支持：

• 一阶段prepare行为：调用自定义的prepare逻辑。
• 二阶段commit行为：调用自定义的commit逻辑。
• 二阶段rollback行为：调用自定义的rollback逻辑。

所谓TCC模式，是指支持把自定义的分支事务纳入到全局事务的管理中。

二、案例分析

我们以订单支付为例，TCC模式下，我们需要手动编码实现事务处理，在try阶段尝试预留资源，在commit阶段，再把try阶段预留的资源转入最终表。因此我们需要在业务数据库表中增加预留字段

原始数据

1、Try阶段

try阶段对资源进行预处理
扣减余额：对余额进行扣减，及冻结余额
扣减库存：对库存进行扣减，增加冻结库存
更新订单：订单状态为支付中

2、Confirm阶段

confirm阶段业务执行提交，释放预留资源。
扣减余额：解除冻结余额
扣减库存：解除冻结库存
更新订单：修改订单状态为支付成功

3、Cancel阶段

TCC是一种侵入式的分布式事务解决方案，每个阶段都是独立的事务，与AT模式不同的是需要我们手动编码来实现数据恢复。

TCC是一种侵入式的分布式事务解决方案，每个阶段都是独立的事务，与T模式不同的是需要我们手动编码来实现数据恢复。

对业务系统有着非常大的入侵性，设计相对复杂，对比AT,它的优点是TCC完全不依赖数据库，并且因为数据回滚问题都是在业务层面解决的，所以不需要使用全局锁，故执行速度更快。

结合代码对比AT模式和XA模式

开启全局事务AT模式

1.超时导致的回滚+日志分析

断点运行查看相关的undo log日志

查看这条日志啥

select CAST(rollback_info as char)rollback_info,branch_id,xid,context,
log_status from storage_db.undo_log
1
2

由于我查询这条SQL语句耗费了时间，超时后数据回滚

库存微服务两阶段回滚

2.账户余额不足导致回滚

账户抛出异常

订单数据回滚

库存数据两阶段回滚

如果未开启全局事务

如果没有开启全局事务，只是用transactional注解

库存扣减，数据提交

账户抛出异常，未执行SQL

执行后数据的对比，订单数据回滚，库存抛异常，未执行SQL，库存扣减成功，数据出现不一致的情况

执行期间操作对比

（1）Seata AT模式是两阶段提交协议的演变：

• 一阶段：业务数据和回滚日志记录在同一个本地事务中提交，释放本地锁和连接资源。
• 二阶段：
  • 提交异步化，非常快速地完成。
  • 回滚通过一阶段的回滚日志进行反向补偿。

（2）AT模式与XA模式的区别

• XA模式一阶段不提交事务，锁定资源；AT模式一阶段直接提交，不锁定资源。
• XA模式依赖数据库机制实现回滚：AT模式利用数据快照实现数据回滚。
• XA是强一致性；AT是最终一致性。

AT模式

设置一下睡眠时间，让seata一直占用资源

执行SQL语句，修改成功

AT模式一阶段直接提交，不锁定资源。

XA模式

如果改成XA模式，XA模式一阶段不提交事务，锁定资源

锁定资源，一直等到seata执行完毕才能执行

附录：

1、账户account的SQL

/*
 Navicat Premium Data Transfer

 Source Server         : 192.168.111.130_BookMall
 Source Server Type    : MySQL
 Source Server Version : 80033
 Source Host           : 192.168.150.101:3306
 Source Schema         : account_db

 Target Server Type    : MySQL
 Target Server Version : 80033
 File Encoding         : 65001

 Date: 26/10/2023 10:42:19
*/

SET NAMES utf8mb4;
SET FOREIGN_KEY_CHECKS = 0;

-- ----------------------------
-- Table structure for account_tbl
-- ----------------------------
DROP TABLE IF EXISTS `account_tbl`;
CREATE TABLE `account_tbl`  (
  `id` int NOT NULL AUTO_INCREMENT,
  `user_id` varchar(255) CHARACTER SET utf8mb3 COLLATE utf8mb3_general_ci NULL DEFAULT NULL,
  `money` int NULL DEFAULT 0,
  PRIMARY KEY (`id`) USING BTREE
) ENGINE = InnoDB CHARACTER SET = utf8mb3 COLLATE = utf8mb3_general_ci ROW_FORMAT = Dynamic;

-- ----------------------------
-- Records of account_tbl
-- ----------------------------
INSERT INTO `account_tbl` VALUES (1, '1', 50);

-- ----------------------------
-- Table structure for undo_log
-- ----------------------------
DROP TABLE IF EXISTS `undo_log`;
CREATE TABLE `undo_log`  (
  `id` bigint NOT NULL AUTO_INCREMENT,
  `branch_id` bigint NOT NULL,
  `xid` varchar(100) CHARACTER SET utf8mb3 COLLATE utf8mb3_general_ci NOT NULL,
  `context` varchar(128) CHARACTER SET utf8mb3 COLLATE utf8mb3_general_ci NOT NULL,
  `rollback_info` longblob NOT NULL,
  `log_status` int NOT NULL,
  `log_created` datetime NOT NULL,
  `log_modified` datetime NOT NULL,
  PRIMARY KEY (`id`) USING BTREE,
  UNIQUE INDEX `ux_undo_log`(`xid`, `branch_id`) USING BTREE
) ENGINE = InnoDB AUTO_INCREMENT = 1 CHARACTER SET = utf8mb3 COLLATE = utf8mb3_general_ci ROW_FORMAT = Dynamic;

SET FOREIGN_KEY_CHECKS = 1;

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2、订单Order的SQL

/*
 Navicat Premium Data Transfer

 Source Server         : 192.168.111.130_BookMall
 Source Server Type    : MySQL
 Source Server Version : 80033
 Source Host           : 192.168.150.101:3306
 Source Schema         : order_db

 Target Server Type    : MySQL
 Target Server Version : 80033
 File Encoding         : 65001

 Date: 26/10/2023 10:44:06
*/

SET NAMES utf8mb4;
SET FOREIGN_KEY_CHECKS = 0;

-- ----------------------------
-- Table structure for order_tbl
-- ----------------------------
DROP TABLE IF EXISTS `order_tbl`;
CREATE TABLE `order_tbl`  (
  `id` int NOT NULL AUTO_INCREMENT,
  `user_id` varchar(255) CHARACTER SET utf8mb3 COLLATE utf8mb3_general_ci NULL DEFAULT NULL,
  `commodity_code` varchar(255) CHARACTER SET utf8mb3 COLLATE utf8mb3_general_ci NULL DEFAULT NULL,
  `count` int NULL DEFAULT 0,
  `money` int NULL DEFAULT 0,
  `status` int NULL DEFAULT 0,
  PRIMARY KEY (`id`) USING BTREE
) ENGINE = InnoDB CHARACTER SET = utf8mb3 COLLATE = utf8mb3_general_ci ROW_FORMAT = Dynamic;

-- ----------------------------
-- Records of order_tbl
-- ----------------------------
INSERT INTO `order_tbl` VALUES (1, '1', '1001', 1, 100, 0);

-- ----------------------------
-- Table structure for undo_log
-- ----------------------------
DROP TABLE IF EXISTS `undo_log`;
CREATE TABLE `undo_log`  (
  `id` bigint NOT NULL AUTO_INCREMENT,
  `branch_id` bigint NOT NULL,
  `xid` varchar(100) CHARACTER SET utf8mb3 COLLATE utf8mb3_general_ci NOT NULL,
  `context` varchar(128) CHARACTER SET utf8mb3 COLLATE utf8mb3_general_ci NOT NULL,
  `rollback_info` longblob NOT NULL,
  `log_status` int NOT NULL,
  `log_created` datetime NOT NULL,
  `log_modified` datetime NOT NULL,
  PRIMARY KEY (`id`) USING BTREE,
  UNIQUE INDEX `ux_undo_log`(`xid`, `branch_id`) USING BTREE
) ENGINE = InnoDB AUTO_INCREMENT = 1 CHARACTER SET = utf8mb3 COLLATE = utf8mb3_general_ci ROW_FORMAT = Dynamic;


SET FOREIGN_KEY_CHECKS = 1;

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3、库存Storage的SQL

/*
 Navicat Premium Data Transfer

 Source Server         : 192.168.111.130_BookMall
 Source Server Type    : MySQL
 Source Server Version : 80033
 Source Host           : 192.168.150.101:3306
 Source Schema         : storage_db

 Target Server Type    : MySQL
 Target Server Version : 80033
 File Encoding         : 65001

 Date: 26/10/2023 10:45:46
*/

SET NAMES utf8mb4;
SET FOREIGN_KEY_CHECKS = 0;

-- ----------------------------
-- Table structure for stock_tbl
-- ----------------------------
DROP TABLE IF EXISTS `stock_tbl`;
CREATE TABLE `stock_tbl`  (
  `id` int NOT NULL AUTO_INCREMENT,
  `commodity_code` varchar(255) CHARACTER SET utf8mb4 COLLATE utf8mb4_0900_ai_ci NULL DEFAULT NULL,
  `count` int NULL DEFAULT 0,
  PRIMARY KEY (`id`) USING BTREE,
  UNIQUE INDEX `commodity_code`(`commodity_code`) USING BTREE
) ENGINE = InnoDB CHARACTER SET = utf8mb4 COLLATE = utf8mb4_0900_ai_ci ROW_FORMAT = Dynamic;

-- ----------------------------
-- Records of stock_tbl
-- ----------------------------
INSERT INTO `stock_tbl` VALUES (1, '1001', 10);

-- ----------------------------
-- Table structure for undo_log
-- ----------------------------
DROP TABLE IF EXISTS `undo_log`;
CREATE TABLE `undo_log`  (
  `id` bigint NOT NULL AUTO_INCREMENT,
  `branch_id` bigint NOT NULL,
  `xid` varchar(100) CHARACTER SET utf8mb3 COLLATE utf8mb3_general_ci NOT NULL,
  `context` varchar(128) CHARACTER SET utf8mb3 COLLATE utf8mb3_general_ci NOT NULL,
  `rollback_info` longblob NOT NULL,
  `log_status` int NOT NULL,
  `log_created` datetime NOT NULL,
  `log_modified` datetime NOT NULL,
  PRIMARY KEY (`id`) USING BTREE,
  UNIQUE INDEX `ux_undo_log`(`xid`, `branch_id`) USING BTREE
) ENGINE = InnoDB AUTO_INCREMENT = 1 CHARACTER SET = utf8mb3 COLLATE = utf8mb3_general_ci ROW_FORMAT = Dynamic;


SET FOREIGN_KEY_CHECKS = 1;
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总结

1、XA规范使用两阶段提交(2PC,Two-Phase Commit)来保证所有资源同时提交或回滚任何特定的事务。

• 第一阶段为准备(prepare)阶段。即所有的参与者准备执行事务并锁住需要的资源。参与者ready时，向transaction manager报告已准备就绪。
• 第二阶段为提交阶段(commit)。当transaction manager确认所有参与者都ready)后，向所有参与者发送commit命令。

2、AT模式与XA模式

（1）Seata AT模式是两阶段提交协议的演变：

• 一阶段：业务数据和回滚日志记录在同一个本地事务中提交，释放本地锁和连接资源。
• 二阶段：
  • 提交异步化，非常快速地完成。
  • 回滚通过一阶段的回滚日志进行反向补偿。

（2）AT模式与XA模式的区别

• XA模式一阶段不提交事务，锁定资源；AT模式一阶段直接提交，不锁定资源。
• XA模式依赖数据库机制实现回滚：AT模式利用数据快照实现数据回滚。
• XA是强一致性；AT是最终一致性。

3、Tny-Confirm-Cancel，TCC模式

TCC是分布式事务中二阶段提交协议的实现，它的全称为Tny-Confirm-Cancel,即资源预留(Try)、确认操作(Confirm)、取消操作(Cancel),具体含义如下：

• Try(prepare)阶段：对业务资源的检查并预留。
• Confirm(commit)阶段：对y业务处理进行提交，该步骤会对Ty预留的资源进行释放，只要Try成功，Confirm-一定要能成功.
• Cancel(rollback)阶段：对业务处理进行取消，即回滚操作。