關於2PC(二階段提交)和3PC(三階段提交)的理解

分散式系統和分散式一致性問題

 

　　分散式系統，即執行在多臺不同的網路計算機上的軟硬體系統，並且僅透過訊息傳遞來進行通訊和協調。

　　分散式一致性問題，即相互獨立的節點之間如何就一項決議達成一致的問題。

2PC(Two-Phase Commit 二階段提交）

二階段提交，是指將事務提交分成兩個部分：準備階段和提交階段。事務的發起者稱之為協調者，事務的執行者稱為參與者。

階段一：準備階段

             由協調者發起並傳遞帶有事務資訊的請求給各個參與者，詢問是否可以提交事務，並等待返回結果。

             個 參與者執行事務操作，將Undo和Redo放入事務日誌中（但是不提交）

              如果參與者執行成功就返回YES（可以提交事務），失敗NO(不能提交事務)

階段二：提交階段

              此階段分兩種情況：所有參與者均返回YES，有任何一個參與者返回NO

               所有參與者均反饋YES時，即提交事務。

               任何一個參與者反饋NO時，即中斷事務。

提交事務：（所有參與者均反饋YES）

　　1、協調者向所有參與者發出正式提交事務的請求（即Commit請求）。

　　2、參與者執行Commit請求，並釋放整個事務期間佔用的資源。

　　3、各參與者向協調者反饋Ack完成的訊息。

　　4、協調者收到所有參與者反饋的Ack訊息後，即完成事務提交。

中斷事務：（任何一個參與者反饋NO）

　　1、協調者向所有參與者發出回滾請求（即Rollback請求）。

　　2、參與者使用階段1中的Undo資訊執行回滾操作，並釋放整個事務期間佔用的資源。

　　3、各參與者向協調者反饋Ack完成的訊息。

　　4、協調者收到所有參與者反饋的Ack訊息後，即完成事務中斷。

2PC的缺陷

 

　　1、同步阻塞：最大的問題即同步阻塞，即：所有參與事務的邏輯均處於阻塞狀態。

　　2、單點：協調者存在單點問題，如果協調者出現故障，參與者將一直處於鎖定狀態。

　　3、腦裂：在階段2中，如果只有部分參與者接收並執行了Commit請求，會導致節點資料不一致。

 

　　由於2PC存在如上同步阻塞、單點、腦裂問題，因此又出現了2PC的改進方案，即3PC。

3PC（Three-Phase Commit 三階段提交協議）

 

　　3PC，三階段提交協議，是2PC的改進版本，即將事務的提交過程分為CanCommit、PreCommit、do Commit三個階段來進行處理。

階段一：CanCommit

             1、協調者向所有參與者發出包含事務內容的CanCommit請求，詢問是否可以提交事務，並等待所有參與者答覆。

             2、參與者收到CanCommit請求後，如果認為可以執行事務操作，則反饋YES並進入預備狀態，否則反饋NO。

階段二：PreCommit

               此階段分為兩種情況：

                1.所有參與者均受到請求並返回YES。

                2.有任何一個參與者返回NO，或者有任何一個參與者超時，協調者無法收到反饋，則事務中斷

事務預提交：（所有參與者均反饋YES時）

　　1、協調者向所有參與者發出PreCommit請求，進入準備階段。

　　2、參與者收到PreCommit請求後，執行事務操作，將Undo和Redo資訊記入事務日誌中（但不提交事務）。

　　3、各參與者向協調者反饋Ack響應或No響應，並等待最終指令。

 

中斷事務：（任何一個參與者反饋NO，或者等待超時後協調者尚無法收到所有參與者的反饋時）

　　1、協調者向所有參與者發出abort請求。

　　2、無論收到協調者發出的abort請求，或者在等待協調者請求過程中出現超時，參與者均會中斷事務。

階段3：do Commit

此階段也存在兩種情況：

　　1、所有參與者均反饋Ack響應，即執行真正的事務提交。

　　2、任何一個參與者反饋NO，或者等待超時後協調者尚無法收到所有參與者的反饋，即中斷事務。

 

　　提交事務：（所有參與者均反饋Ack響應時）

　　1、如果協調者處於工作狀態，則向所有參與者發出do Commit請求。

　　2、參與者收到do Commit請求後，會正式執行事務提交，並釋放整個事務期間佔用的資源。

　　3、各參與者向協調者反饋Ack完成的訊息。

　　4、協調者收到所有參與者反饋的Ack訊息後，即完成事務提交。

 

　　中斷事務：（任何一個參與者反饋NO，或者等待超時後協調者尚無法收到所有參與者的反饋時）

　　1、如果協調者處於工作狀態，向所有參與者發出abort請求。

　　2、參與者使用階段1中的Undo資訊執行回滾操作，並釋放整個事務期間佔用的資源。

　　3、各參與者向協調者反饋Ack完成的訊息。

　　4、協調者收到所有參與者反饋的Ack訊息後，即完成事務中斷。

 

　　注意：進入階段三後，無論協調者出現問題，或者協調者與參與者網路出現問題，都會導致參與者無法接收到協調者發出的         do Commit請求或abort請求。此時，參與者都會在等待超時之後，繼續執行事務提交。

 

3PC的優點和缺陷

 

　　優點：降低了阻塞範圍，在等待超時後協調者或參與者會中斷事務。避免了協調者單點問題，階段3中協調者出現問題時，參與者會繼續提交事務。

 

　　缺陷：腦裂問題依然存在，即在參與者收到PreCommit請求後等待最終指令，如果此時協調者無法與參與者正常通訊，會導致參與者繼續提交事務，造成資料不一致。

 

後記

 

　　無論2PC或3PC，均無法徹底解決分散式一致性問題。

　　解決一致性問題，唯有Paxos，後續將單獨總結。