摘要： 分佈式事務是分佈式系統架構設計中的一個技術難點，特別是在這幾年越來越火的微服務架構中，服務拆分所帶來的跨服務數據一致性問題亟待解決，本文將圍繞分佈式事務產生背景和螞蟻金服的分佈式事務解決方案（SOFA-DTX）向大家進行介紹。
分佈式事務是分佈式系統架構設計中的一個技術難點，特別是在這幾年越來越火的微服務架構中，服務拆分所帶來的跨服務數據一致性問題亟待解決，本文將圍繞分佈式事務產生背景和螞蟻金服的分佈式事務解決方案（SOFA-DTX）向大家進行介紹。
1、分佈式事務產生的背景
1.1、數據庫的水平拆分
通常業務系統的數據庫起初是單庫，但隨著業務數據規模的膨脹，單庫存儲受容量和性能限制，逐漸無法滿足業務需求。
如下圖所示，將業務數據庫水平拆分成多個數據庫，是業務發展的必然趨勢。
數據庫拆分之後，寫操作一旦跨多個數據庫，單數據庫事務就無法保證數據一致性，需要通過分佈式事務來保障跨數據庫操作的數據一致性。
1.2、業務服務化拆分
在業務發展初期，“大餅一沱”的單業務系統架構，能滿足基本的業務需求；但是隨著業務的快速發展，系統的訪問量和業務複雜程度都在快速增長，單系統架構逐漸成為業務發展瓶頸，解決業務系統的高耦合、可伸縮問題的需求越來越強烈。
如下圖所示，按照面向服務（SOA）的架構的設計原則，將單業務系統拆分成多個業務系統，能降低各系統之間的耦合度，使不同的業務系統專注於自身業務，更有利於業務的發展和系統容量的伸縮。
業務系統按照服務拆分之後，一個完整的業務往往需要調用多個服務，如何保證多個服務間的數據一致性成為一個難題，需要通過分佈式事務來保障多個服務的數據一致性。
2、螞蟻金服的分佈式事務解決方案
螞蟻金服的分佈式事務解決方案(SOFA-DTX), 是螞蟻金服自主研發的分佈式事務中間件，用來保障在大規模分佈式環境下業務活動的最終一致性。
2.1、DTX整體架構
DTX以BASE理論的最終一致性為基礎，以兩階段提交(2PC)為基本執行框架，整體架構上分為3個部分：客戶端、資源管理器、事務管理器：
- 客戶端
通過事務管理器開啟、結束分佈式事務，通過資源管理器編排分佈式事務活動。
- 資源管理器
負責具體資源的準備、提交和回滾操作，並在整個執行過程中記錄事務日誌，向事務管理器彙報事務日誌和資源執行狀態。
- 事務協調器
負責協調分佈式事務的執行：開啟分佈式事務、記錄資源管理器提交的事務日誌和資源狀態、決定分佈式事務最終是提交還是回滾。
DTX按照階兩段提交的方式執行分佈式事務，在第一階段，客戶端首先通知事務管理器開啟分佈式事務；分佈式事務開啟之後，客戶端在分佈式事務內編排事務內的資源，依次執行各個資源的一階段準備操作，每一個資源的準備操作執行情況資源管理器都會向事務管理器彙報；資源編排結束之後，客戶端會通知事務管理器分佈式事務一階段結束：
在第二階段，事務管理器會根據事務所有資源的一階段執行情況，決定整個分佈式事務最終是提交還是回滾，進而驅動所有資源二階段的提交/回滾操作：
根據資源管理器類型的不同，DTX分為TCC模式、FMT模式和XA模式；
2.2、TCC模式
DTX的TCC（Try-Confirm-Cancel）模式下，分佈式事務的資源是TCC服務，TCC服務需要用戶編碼實現。
如上圖所示，DTX事務管理器分兩階段協調所有TCC資源，在一階段調用所有TCC服務的prepare方法，如果所有資源均prepare成功，那麼在第二階段事務管理器會調用所有TCC資源的commit方法；如果在第一階段任一資源prepare失敗，那麼在第二階段事務管理器會調用所有資源的rollback方法；最終所有TCC資源要麼全部提交，要麼全部回滾。
螞蟻金服大部分業務系統的分佈式事務方案均採用TCC模式，由業務層實現兩階段的TCC服務，以確保業務數據一致性和性能達到最佳平衡；
2.3、FMT模式
TCC服務的實現及其約束條件都需要業務方提供，這無疑增加了DTX的接入門檻，所以我們在TCC模式之後繼續往前推進發展，提出了FMT（Framework-managed transactions）模式來解決接入便捷性的問題。
如下圖所示，FMT模式與TCC模式相同的是事務協調者也是分兩階段協調FMT資源，不同的是FMT的資源管理器；在FMT資源管理器中，用戶的業務SQL作為資源的一階段，DTX框架會自動為該業務SQL生成二階段的提交和回滾操作。
FMT模式下，用戶只需關注自身的業務SQL，DTX對業務邏輯的實現無任何侵入，用戶接入更加方便快捷。
2.4、XA模式
DTX的TCC模式和FMT模式，基本解決了分佈式事務的最終一致性問題，但是不能很好的支持實時一致性；為了解決分佈式事務的實時一致性問題，DTX基於標準XA協議推出XA模式。
XA模式下，事務管理器通過數據庫的標準XA接口，分兩階段協調所有的數據庫資源，在一階段調用所有XA事務的xa_prepare接口，在第二階段執行所有XA事務的xa_commit/xa_rollback，最終完成分佈式事務的執行。
XA模式藉助數據庫的XA協議協調數據庫資源，藉助數據庫的MVCC特性達到一致性讀寫，實現了一致性讀寫的分佈式解決方案。
3、總結
SOFA-DTX在10年的發展歷程中，伴隨著支付寶業務的飛速發展、架構的快速演進和業務量的井噴式增長，不斷幫用戶解決複雜場景的一致性問題，提供了高性能、高可用性的分佈式事務解決方案；DTX自身演進的三種模式：TCC、FMT和XA相互之間也是功能互補，相輔相成，形成了螞蟻金服完善的分佈式事務解決方案。
分佈式事務SOFA-DTX全面覆蓋金融場景，金融級容災保障、提供豐富的接入模式並且使用簡潔易於接入；目前已經應用在支付寶、網上銀行、螞蟻財富、芝麻信用、南京銀行等項目中。
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