從PAXOS到ZOOKEEPER分散式一致性原理與實踐--3PC(Three-Phase Commit)

     2PC在其實際執行過程中可能存在諸如同步阻塞、協調者的單點問題、腦裂和太過保守的容錯機制等缺點，因此研究者在二階段提交協議的基礎上進行了改進，提出了三階段提交協議。

     3PC，是Three-Phase Commit的縮寫，即三階段提交協議，是2PC的改進版本，其將二階段提交協議的”提交事物請求”過程一分為二，並形成了由CanCommit、PreCommit和do Commit三個階段組成的事物處理協議，其協議設計圖如下：

1、階段一：CanCommit

（1）事物詢問

     協調者向所有的參與者傳送一個包含事物內容的canCommit請求，詢問是否可以執行事務提交操作，並開始等待各參與者的響應

（2）各參與者向協調者反饋事務詢問的響應

     參與者在接收到來自協調者的canCommit請求後，正常情況下，如果其自身認為可以順利執行事務，那麼會反饋Yes響應，並進入預備狀態，否則反饋No響應

2、階段二：PreCommit

     在階段二中，協調者會根據各參與者的反饋情況來決定是否可以進行事務的PreCommit操作，正常情況下，包含兩種可能：

（1）執行事務預提交

     假如協調者從所有的參與者獲得的反饋都是Yes響應，那麼就會執行事務預提交。

（a）傳送預提交請求

     協調者向參與者節點發出preCommit的請求，進入Prepared階段

（b）事務預提交

     參與者接收到preCommit請求後，會執行事務操作，並將Undo和Redo資訊記錄到事務日誌中

（c）各參與者向協調者反饋事務執行的響應　　

     如果參與者成功執行了事務操作，哪兒就會反饋給協調者Ack響應，同時等待最終的指令：提交（commit）或中止（abort）

（2）中斷事物

     假如任何一個參與者向協調者反饋了No響應，或者在等待超時後，協調者尚無法接收到所有參與者的反饋響應，那麼就會中斷事物。

（a）傳送中斷請求

     協調者向所有參與者節點發出abort請求

（b）中斷事物

     無論是收到來自協調者的abort請求，或者是在等待協調者請求過程中出現超時，參與者都會中斷事物

3、階段三：doCommit

     該階段將進行真正的事物提交，會存在以下兩種可能的情況：

（1）執行提交

（a）傳送提交請求

     進入這一階段，假設協調者處於正常工作狀態，並且它接收到了來自所有參與者的Ack響應，那麼它將從”預提交”狀態轉換到”提交”狀態，並向所有的參與者傳送doCommit請求。

（b）事物提交

     參與者接收到doCommit請求後，會正式執行事務提交操作，並在完成提交之後釋放在整個事物執行期間佔用的事物資源

（c）反饋事物提交結果

     參與者在完成事物提交之後，向協調者傳送Ack訊息

（d）完成事物

     協調者接收到所有參與者反饋的Ack訊息後，完成事物

（2）中斷事物

     進入這一階段，假設協調者處於正常工作狀態，並且有任意一個參與者向協調者反饋了No響應，或者在等待超時之後，協調者商無法接收到所有參與者的反饋響應，那麼就會中斷事物

（a）傳送中斷請求

     協調者向所有的參與者節點傳送abort請求

（b）事物回滾

     參與者接收到abort請求後，會利用其在階段二中記錄的Undo資訊來執行事務回滾操作，並在完成事物回滾之後釋放在整個事物執行期間所佔用的資源

（c）反饋事務反饋結果

     參與者在完成事物回滾之後，向協調者傳送Ack訊息

（d）中斷事物

     協調者接收到所有參與者反饋的Ack訊息後，中斷事物

需要注意的是，一旦進入階段三，可能會出現以下兩種故障：

• 協調者出現問題

• 協調者和參與者之間的網路故障
       無論出現哪種情況，最終都會導致參與者無法及時接收到來自協調者的doCommit或者是abort請求，針對這樣的異常情況，參與則都會在等待超時之後，繼續進行事務提交

3PC的優缺點

1、三階段提交的優點

     相較於二階段提交協議，三階段提交協議最大的優點就是降低了參與者的阻塞範圍，並且能夠在出現單點故障後繼續達成一致

2、三階段提交的缺點

     三階段提交協議在去除阻塞的同時也引入了新的問題，那就是在參與者接收到preCommit訊息後，如果出現網路分割槽，此時協調者所在的節點和參與者無法進行正常的網路通訊，在這種情況下，參與者依然會進行事物的提交，這必然出現資料的不一致。

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作者：jiankunking 出處：http://blog.csdn.net/jiankunking