Fescar源码学习--锁设计和隔离级别的理解

阳光穿透心脏的1/2处 2022-03-07 09:42 200阅读 0赞

### Fescar全局锁的理解 ###

前几天夜里，我老大发我一篇文章说阿里的GTS开源了.
    因为一直对分布式事务比较感兴趣。立马pull了代码，进行阅读。
    基本的原理，实现方案我就不一一细化了，详细见官方文档（写的很棒，点赞）。 
    
    在fescar的社区，大家比较关注的是通过fescar回滚到before快照前，别的线程假如更新了数据，且业务走完了，那么恢复的这个快照不就是脏数据了么。
    很显然，这种情况在fescar中是不被允许的。
    
    那么fescar是如何做的呢？

我们先简单了解一下fescar的设计原理

那些一上来就喜欢看源码的同学，一定不要错过这么官方的图文介绍，看完再读源码事半功倍.

[Fescar官方介绍][Fescar]

了解完Fescar的基本原理，我们重点关注下Fescar的全局排他锁

Fescar设计了一个**全局的排他锁**，来保证事务间的 **写隔离**。

关于隔离性：（这是Fescar官方给的一段话）

全局事务的隔离性是建立在分支事务的本地隔离级别基础之上的。
    
    在数据库本地隔离级别  **读已提交或以上** 的前提下，Fescar 设计了由事务协调器维护的 全局写排他锁，来保证事务间的 写隔离，将 **全局事务默认定义在 读未提交 的隔离级别上**。
    
    我们对隔离级别的共识是：绝大部分应用在读已提交的隔离级别下工作是没有问题的。而实际上，这当中又有绝大多数的应用场景，实际上工作在读未提交的隔离级别下同样没有问题。
    
    在极端场景下，应用如果需要达到全局的读已提交，Fescar也提供了相应的机制来达到目的。
    默认，Fescar 是工作在 读无提交 的隔离级别下，保证绝大多数场景的高效性。

我的解读

本地事务【读已提交】，fescar全局事务【读未提交】。这是这段话的核心。
    我理解的这段话中fescar全局事务读未提交，并不是说本地事务的db数据没有正常提交，而是指全局事务二阶段commit|rollback未真正处理完（即未释放全局锁）。
    
    总结来说：全局未提交但是本地已提交的数据，对其他全局事务是可见的【当然在本地事务提交后，本地事务提交前，隔离级别是本地事务的管辖范围】
    
    for example
    产品份额有5W，A用户购买了2万，份额branch一阶段完毕（本地事务份额已经扣除commit），但是在下单的时候异常了。
    因为本地事务读已提交，这时候fescar允许业务访问该条数据，3W，在A用户的份额branch未回滚成功前，对其他用户可见。
    但是其他用户并不能买该产品，必须等到产品份额回滚到5万，其他用户才可以操作产品数据。
    
    所以看了这个例子 真的有必要做到全局事务读已提交么？

我们先来看一下Fescar的全局锁的做法

Fescar一阶段

1. 本地（Branch）在向TC注册的时候，把本地事务需要修改的数据table+pks提交到server端申请锁，拿到全局锁后，才能提交本地事务
    2. 全局锁的结构：resourceId + table + pks
    3. 锁是存在server端 branchSession中

Fescar二阶段

一阶段本地事务提交，db的锁释放了（for update锁），但是全局锁继续保持，
    直到二阶段决议(注意释放锁的顺序)：
    1. 提交：TC 释放锁,通知branch提交后 (rm端异步处理)
    2. 回滚：TC 通知branch回滚后,释放锁（rm端同步处理 执行undo_log）

Fescar如何保障锁的高效？

大家自己先思考下，最后给大家仔细解读官方的demo，并分析fescar的性能问题

Fescar目前开源版本全局锁的实现

大家有兴趣自己阅读:com.alibaba.fescar.server.lock.DefaultLockManagerImpl

官方的图实在是做的太漂亮了，clone一份解读 TC TM RM 以及全局锁的获取和释放动作发生点

分支事务如何工作？关注全局锁的获取和释放 特别是二阶段commit和rollback全局锁释放的顺序

![Image 1][]

ATBranch.png

Fescar中 RM TM TC如何工作的？

![Image 1][]

AT distribute transaction.png

看了这两张图，大家应该对fescar是如何工作的应该有一个大致的了解了。☺
    1、全局锁的获取
    2、tm tc rm之间如何通信工作
    3、隔离级别问题的思考

最后我们来解读一遍官方的demo

*  branch1：update storage\_tbl set count = count - ? where commodity\_code = ?
 *  branch2：update account\_tbl set money = money - ? where user\_id = ?
 *  branch3：insert into order\_tbl (user\_id, commodity\_code, count, money) values (?, ?, ?, ?)

1.  线程A：执行branch1（pk：55），执行branch2的时候发现没钱了，扔了一个异常，那么势必需要回滚branch1的份额。
    
     *  **TM通知TC开始回滚branch1份额中**
2.  线程B：执行branch1（pk：55）
    
     *  如果线程A中branch1（pk：55）已经回滚成功了，那么B线程可以正常拿到锁走下去
     *  如果线程A中branch1还未回滚（resourceId+table+pk锁未释放）。当线程B发起branch1向server发起申请锁，会直接失败。

Fescar全局锁简单总结：操作一条记录的分支事务，必须等待这条记录的前一个分支事务执行结束（具体commit rollback情况分析如下），才能持有锁。

其实相比XA的锁，fescar在每个分支事务的一阶段结束后都释放了db的锁，所以fescar的性能瓶颈应该在于二阶段的执行速度（释放锁的快慢）

因为分布式事务在执行事务编排前，一般会校验业务的正确性，所以发生回滚的概率相对较低，所以先考虑二阶段commit操作。

1.  Commit场景分析：
    
        TM通知server进行commit，server立马释 branch的锁，然后再逐个通知RM提交
         消耗：1 rpc操作，（branch删除undo_log放在异步队列里面做）
2.  Rollback场景分析：
    
        TM通知server进行rollback，server通知RM回滚后立马释放 branch的锁。
         消耗：1 + N的rpc操作 + N的回滚sql操作

所以总的来看fescar在commit的释放全局锁还是非常高效的。

思考

1. server支持多台机器部署，应该如何改造？
    
        全局锁的问题，锁改造；
        全局事务向server0申请的，Branch1发到server1，branch2发到server2的问题，多机器恢复的情况，TC的改造
    
    2. 全局锁在Fescar中更新确实是没有问题的，但是如果就是业务方需要手动调整DB数据呢？
    
        大胆猜测，依赖Fescar写了一个管理平台 用来执行sql的。哈哈
    
    3. 隔离级别的思考
        Fescar默认工作在，本地事务读已提交，全局事务读未提交。
        是否存在全局事务必须工作在【读已提交】级别而不能工作在【读未提交】的业务场景呢？
        大家大胆脑洞 这个问题值得探讨。
    
    4. Fescar的文档中说，是支持全局事务读已提交的，那么fescar是如何实现的呢？
    
       感兴趣的同学可以试着读一下com.alibaba.fescar.rm.datasource.exec.SelectForUpdateExecutor

源码核心类

大家想读源码的话，可以重点关注一下几个类。有问题一起探讨。
    
    TM相关
    com.alibaba.fescar.tm.api.TransactionalTemplate
    
    RM相关
    com.alibaba.fescar.rm.datasource.exec.SelectForUpdateExecutor
    com.alibaba.fescar.rm.datasource.ConnectionProxy
    com.alibaba.fescar.rm.datasource.exec.AbstractDMLBaseExecutor
    com.alibaba.fescar.rm.RMHandlerAT
    
    TC相关
    com.alibaba.fescar.server.coordinator.DefaultCoordinator
    com.alibaba.fescar.server.coordinator.DefaultCore
    com.alibaba.fescar.server.lock.DefaultLockManagerImpl

*  Github：[https://github.com/alibaba/fescar][https_github.com_alibaba_fescar]
 *  Fescar官方介绍：[https://github.com/alibaba/fescar/wiki/Home\_Chinese][Fescar]

作者：阳雨人  
链接：https://www.jianshu.com/p/4cb127b737cf  
来源：简书  
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[Fescar]: https://github.com/alibaba/fescar/wiki/Home_Chinese
[Image 1]: 
[https_github.com_alibaba_fescar]: https://github.com/alibaba/fescar