分散式事務 TCC-Transaction 原始碼解析 —— 事務儲存器

芋道原始碼_以德服人_不服就幹發表於2019-02-25

摘要: 原創出處 http://www.iocoder.cn/TCC-Transaction/transaction-repository/ 「芋道原始碼」歡迎轉載，保留摘要，謝謝！

本文主要基於 TCC-Transaction 1.2.3.3 正式版

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1. 概述

本文分享 事務儲存器。主要涉及如下 Maven 專案：

tcc-transaction-core ：tcc-transaction 底層實現。

在 TCC 的過程中，根據應用記憶體中的事務資訊完成整個事務流程。But 實際業務場景中，將事務資訊只放在應用記憶體中是遠遠不夠可靠的。例如：

應用程式異常崩潰，未完成的事務資訊將丟失。
應用程式叢集，當提供遠端服務呼叫時，事務資訊需要叢集內共享。
發起事務的應用需要重啟部署新版本，因為各種原因，有未完成的事務。

因此，TCC-Transaction 將事務資訊新增到記憶體中的同時，會使用外部儲存進行持久化。目前提供四種外部儲存：

JdbcTransactionRepository，JDBC 事務儲存器
RedisTransactionRepository，Redis 事務儲存器
ZooKeeperTransactionRepository，Zookeeper 事務儲存器
FileSystemTransactionRepository，File 事務儲存器

本文涉及到的類關係如下圖( 開啟大圖 )：

你行好事會因為得到讚賞而愉悅
同理，開源專案貢獻者會因為 Star 而更加有動力
為 TCC-Transaction 點贊！傳送門

ps：筆者假設你已經閱讀過《tcc-transaction 官方文件 —— 使用指南1.2.x》。

2. 序列化

在《TCC-Transaction 原始碼分析 —— TCC 實現》「4. 事務與參與者」，可以看到 Transaction 是一個比較複雜的物件，內嵌 Participant 陣列，而 Participant 本身也是複雜的物件，內嵌了更多的其他物件，因此，儲存器在持久化 Transaction 時，需要序列化後才能儲存。

org.mengyun.tcctransaction.serializer.ObjectSerializer，物件序列化介面。實現程式碼如下：

public interface ObjectSerializer<T> {

    byte[] serialize(T t);
    
    T deserialize(byte[] bytes);

}
複製程式碼

目前提供 JDK自帶序列化 和 Kyro序列化 兩種實現。

2.1 JDK 序列化實現

org.mengyun.tcctransaction.serializer.JdkSerializationSerializer，JDK 序列化實現。比較易懂，點選連結直接檢視。

TCC-Transaction 使用的預設的序列化。

2.2 Kyro 序列化實現

org.mengyun.tcctransaction.serializer.KryoTransactionSerializer，Kyro 序列化實現。比較易懂，點選連結直接檢視。

2.3 JSON 序列化實現

JDK 和 Kyro 的序列化實現，肉眼無法直觀具體儲存事務的資訊，你可以通過實現 ObjectSerializer 介面，實現自定義的 JSON 序列化。

3. 儲存器

org.mengyun.tcctransaction.TransactionRepository，事務儲存器介面。實現程式碼如下：

public interface TransactionRepository {

    /**
     * 新增事務
     *
     * @param transaction 事務
     * @return 新增數量
     */
    int create(Transaction transaction);

    /**
     * 更新事務
     *
     * @param transaction 事務
     * @return 更新數量
     */
    int update(Transaction transaction);

    /**
     * 刪除事務
     *
     * @param transaction 事務
     * @return 刪除數量
     */
    int delete(Transaction transaction);

    /**
     * 獲取事務
     *
     * @param xid 事務編號
     * @return 事務
     */
    Transaction findByXid(TransactionXid xid);

    /**
     * 獲取超過指定時間的事務集合
     *
     * @param date 指定時間
     * @return 事務集合
     */
    List<Transaction> findAllUnmodifiedSince(Date date);
}
複製程式碼

不同的儲存器通過實現該介面，提供事務的增刪改查功能。

3.1 可快取的事務儲存器抽象類

org.mengyun.tcctransaction.repository.CachableTransactionRepository，可快取的事務儲存器抽象類，實現增刪改查事務時，同時快取事務資訊。在上面類圖，我們也可以看到 TCC-Transaction 自帶的多種儲存器都繼承該抽象類。

CachableTransactionRepository 構造方法實現程式碼如下：

public abstract class CachableTransactionRepository implements TransactionRepository {

    /**
     * 快取過期時間
     */
    private int expireDuration = 120;
    /**
     * 快取
     */
    private Cache<Xid, Transaction> transactionXidCompensableTransactionCache;

    public CachableTransactionRepository() {
        transactionXidCompensableTransactionCache = CacheBuilder.newBuilder().expireAfterAccess(expireDuration, TimeUnit.SECONDS).maximumSize(1000).build();
    }
}
複製程式碼

使用 Guava Cache 記憶體快取事務資訊，設定最大快取個數為 1000 個，快取過期時間為最後訪問時間 120 秒。

#create(...) 實現程式碼如下：

@Override
public int create(Transaction transaction) {
   int result = doCreate(transaction);
   if (result > 0) {
       putToCache(transaction);
   }
   return result;
}

/**
* 新增到快取
*
* @param transaction 事務
*/
protected void putToCache(Transaction transaction) {
   transactionXidCompensableTransactionCache.put(transaction.getXid(), transaction);
}

/**
* 新增事務
*
* @param transaction 事務
* @return 新增數量
*/
protected abstract int doCreate(Transaction transaction);
複製程式碼

呼叫 #doCreate(...) 方法，新增事務。新增成功後，呼叫 #putToCache(...) 方法，新增事務到快取。
#doCreate(...) 為抽象方法，子類實現該方法，提供新增事務功能。

#update(...) 實現程式碼如下：

@Override
public int update(Transaction transaction) {
   int result = 0;
   try {
       result = doUpdate(transaction);
       if (result > 0) {
           putToCache(transaction);
       } else {
           throw new OptimisticLockException();
       }
   } finally {
       if (result <= 0) { // 更新失敗，移除快取。下次訪問，從儲存器讀取
           removeFromCache(transaction);
       }
   }
   return result;
}

/**
* 移除事務從快取
*
* @param transaction 事務
*/
protected void removeFromCache(Transaction transaction) {
   transactionXidCompensableTransactionCache.invalidate(transaction.getXid());
}

/**
* 更新事務
*
* @param transaction 事務
* @return 更新數量
*/
protected abstract int doUpdate(Transaction transaction);
複製程式碼

呼叫 #doUpdate(...) 方法，更新事務。
- 若更新成功後，呼叫 #putToCache(...) 方法，新增事務到快取。
- 若更新失敗後，丟擲 OptimisticLockException 異常。有兩種情況會導致更新失敗：(1) 該事務已經被提交，被刪除；(2) 樂觀鎖更新時，快取的事務的版本號( Transaction.version )和儲存器裡的事務的版本號不同，更新失敗。為什麼？在《TCC-Transaction 原始碼分析 —— 事務恢復》詳細解析。更新失敗，意味著快取已經不不一致，呼叫 #removeFromCache(...) 方法，移除事務從快取中。
#doUpdate(...) 為抽象方法，子類實現該方法，提供更新事務功能。

#delete(...) 實現程式碼如下：

@Override
public int delete(Transaction transaction) {
   int result;
   try {
       result = doDelete(transaction);
   } finally {
       removeFromCache(transaction);
   }
   return result;
}

/**
* 刪除事務
*
* @param transaction 事務
* @return 刪除數量
*/
protected abstract int doDelete(Transaction transaction);
複製程式碼

呼叫 #doDelete(...) 方法，刪除事務。
呼叫 #removeFromCache(...) 方法，移除事務從快取中。
#doDelete(...) 為抽象方法，子類實現該方法，提供刪除事務功能。

#findByXid(...) 實現程式碼如下：

@Override
public Transaction findByXid(TransactionXid transactionXid) {
   Transaction transaction = findFromCache(transactionXid);
   if (transaction == null) {
       transaction = doFindOne(transactionXid);
       if (transaction != null) {
           putToCache(transaction);
       }
   }
   return transaction;
}

/**
* 獲得事務從快取中
*
* @param transactionXid 事務編號
* @return 事務
*/
protected Transaction findFromCache(TransactionXid transactionXid) {
   return transactionXidCompensableTransactionCache.getIfPresent(transactionXid);
}

/**
* 查詢事務
*
* @param xid 事務編號
* @return 事務
*/
protected abstract Transaction doFindOne(Xid xid);
複製程式碼

呼叫 #findFromCache() 方法，優先從快取中獲取事務。
呼叫 #doFindOne() 方法，快取中事務不存在，從儲存器中獲取。獲取到後，呼叫 #putToCache() 方法，新增事務到快取中。
#doFindOne(...) 為抽象方法，子類實現該方法，提供查詢事務功能。

#findAllUnmodifiedSince(...) 實現程式碼如下：

@Override
public List<Transaction> findAllUnmodifiedSince(Date date) {
   List<Transaction> transactions = doFindAllUnmodifiedSince(date);
   // 新增到快取
   for (Transaction transaction : transactions) {
       putToCache(transaction);
   }
   return transactions;
}

/**
* 獲取超過指定時間的事務集合
*
* @param date 指定時間
* @return 事務集合
*/
protected abstract List<Transaction> doFindAllUnmodifiedSince(Date date);
複製程式碼

呼叫 #findAllUnmodifiedSince(...) 方法，從儲存器獲取超過指定時間的事務集合。呼叫 #putToCache(...) 方法，迴圈事務集合新增到快取。
#doFindAllUnmodifiedSince(...) 為抽象方法，子類實現該方法，提供獲取超過指定時間的事務集合功能。

3.2 JDBC 事務儲存器

org.mengyun.tcctransaction.repository.JdbcTransactionRepository，JDBC 事務儲存器，通過 JDBC 驅動，將 Transaction 儲存到 MySQL / Oracle / PostgreSQL / SQLServer 等關聯式資料庫。實現程式碼如下：

public class JdbcTransactionRepository extends CachableTransactionRepository {

    /**
     * 領域
     */
    private String domain;
    /**
     * 表字尾
     */
    private String tbSuffix;
    /**
     * 資料來源
     */
    private DataSource dataSource;
    /**
     * 序列化
     */
    private ObjectSerializer serializer = new JdkSerializationSerializer();
}
複製程式碼

domain，領域，或者也可以稱為模組名，應用名，用於唯一標識一個資源。例如，Maven 模組 xxx-order，我們可以配置該屬性為 ORDER。
tbSuffix，表字尾。預設儲存表名為 TCC_TRANSACTION，配置表名後，為 TCC_TRANSACTION${tbSuffix}。
dataSource，儲存資料的資料來源。
serializer，序列化。**當資料庫裡已經有資料的情況下，不要更換別的序列化，否則會導致反序列化報錯。**建議：TCC-Transaction 儲存時，新增欄位，記錄序列化的方式。

表結構如下：

CREATE TABLE `TCC_TRANSACTION` (
  `TRANSACTION_ID` int(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT,
  `DOMAIN` varchar(100) DEFAULT NULL,
  `GLOBAL_TX_ID` varbinary(32) NOT NULL,
  `BRANCH_QUALIFIER` varbinary(32) NOT NULL,
  `CONTENT` varbinary(8000) DEFAULT NULL,
  `STATUS` int(11) DEFAULT NULL,
  `TRANSACTION_TYPE` int(11) DEFAULT NULL,
  `RETRIED_COUNT` int(11) DEFAULT NULL,
  `CREATE_TIME` datetime DEFAULT NULL,
  `LAST_UPDATE_TIME` datetime DEFAULT NULL,
  `VERSION` int(11) DEFAULT NULL,
  PRIMARY KEY (`TRANSACTION_ID`),
  UNIQUE KEY `UX_TX_BQ` (`GLOBAL_TX_ID`,`BRANCH_QUALIFIER`)
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8
複製程式碼

TRANSACTION_ID，僅僅資料庫自增，無實際用途。
CONTENT，Transaction 序列化。

ps：點選連結檢視 JdbcTransactionRepository 程式碼實現，已經新增完整中文註釋。

3.3 Redis 事務儲存器

org.mengyun.tcctransaction.repository.RedisTransactionRepository，Redis 事務儲存器，將 Transaction 儲存到 Redis。實現程式碼如下：

public class RedisTransactionRepository extends CachableTransactionRepository {

    /**
     * Jedis Pool
     */
    private JedisPool jedisPool;
    /**
     * key 字首
     */
    private String keyPrefix = "TCC:";
    /**
     * 序列化
     */
    private ObjectSerializer serializer = new JdkSerializationSerializer();
    
}
複製程式碼

keyPrefix，key 字首。類似 JdbcTransactionRepository 的 domain 屬性。

一個事務儲存到 Reids，使用 Redis 的資料結構為 HASHES。

key : 使用 keyPrefix + xid，實現程式碼如下：

/**
* 建立事務的 Redis Key
*
* @param keyPrefix key 字首
* @param xid 事務
* @return Redis Key
*/
public static byte[] getRedisKey(String keyPrefix, Xid xid) {
   byte[] prefix = keyPrefix.getBytes();
   byte[] globalTransactionId = xid.getGlobalTransactionId();
   byte[] branchQualifier = xid.getBranchQualifier();
   // 拼接 key
   byte[] key = new byte[prefix.length + globalTransactionId.length + branchQualifier.length];
   System.arraycopy(prefix, 0, key, 0, prefix.length);
   System.arraycopy(globalTransactionId, 0, key, prefix.length, globalTransactionId.length);
   System.arraycopy(branchQualifier, 0, key, prefix.length + globalTransactionId.length, branchQualifier.length);
   return key;
}
複製程式碼

HASHES 的 key ：使用 version。
- 新增和更新 Transaction 時，使用 Redis HSETNX，不存在當前版本的值時，進行設定，重而實現類似樂觀鎖的更新。
- 讀取 Transaction 時，使用 Redis HGETALL，將 Transaction 所有 version 對應的值讀取到記憶體後，取 version 值最大的對應的值。

HASHES 的 value ：呼叫 TransactionSerializer#serialize(...) 方法，序列化 Transaction。實現程式碼如下：

public static byte[] serialize(ObjectSerializer serializer, Transaction transaction) {
   Map<String, Object> map = new HashMap<String, Object>();
   map.put("GLOBAL_TX_ID", transaction.getXid().getGlobalTransactionId());
   map.put("BRANCH_QUALIFIER", transaction.getXid().getBranchQualifier());
   map.put("STATUS", transaction.getStatus().getId());
   map.put("TRANSACTION_TYPE", transaction.getTransactionType().getId());
   map.put("RETRIED_COUNT", transaction.getRetriedCount());
   map.put("CREATE_TIME", transaction.getCreateTime());
   map.put("LAST_UPDATE_TIME", transaction.getLastUpdateTime());
   map.put("VERSION", transaction.getVersion());
   // 序列化
   map.put("CONTENT", serializer.serialize(transaction));
   return serializer.serialize(map);
}
複製程式碼

TODO 為什麼序列化兩次

在實現 #doFindAllUnmodifiedSince(date) 方法，無法像資料庫使用時間條件進行過濾，因此，載入所有事務後在記憶體中過濾。實現程式碼如下：

@Override
protected List<Transaction> doFindAllUnmodifiedSince(Date date) {
   // 獲得所有事務
   List<Transaction> allTransactions = doFindAll();
   // 過濾時間
   List<Transaction> allUnmodifiedSince = new ArrayList<Transaction>();
   for (Transaction transaction : allTransactions) {
       if (transaction.getLastUpdateTime().compareTo(date) < 0) {
           allUnmodifiedSince.add(transaction);
       }
   }
   return allUnmodifiedSince;
}
複製程式碼

ps：點選連結檢視 RedisTransactionRepository 程式碼實現，已經新增完整中文註釋。

FROM 《TCC-Transaction 官方文件 —— 使用指南1.2.x》
使用 RedisTransactionRepository 需要配置 Redis 伺服器如下：
appendonly yes
appendfsync always

3.4 Zookeeper 事務儲存器

org.mengyun.tcctransaction.repository.ZooKeeperTransactionRepository，Zookeeper 事務儲存器，將 Transaction 儲存到 Zookeeper。實現程式碼如下：

public class ZooKeeperTransactionRepository extends CachableTransactionRepository {

    /**
     * Zookeeper 伺服器地址陣列
     */
    private String zkServers;
    /**
     * Zookeeper 超時時間
     */
    private int zkTimeout;
    /**
     * TCC 儲存 Zookeeper 根目錄
     */
    private String zkRootPath = "/tcc";
    /**
     * Zookeeper 連線
     */
    private volatile ZooKeeper zk;
    /**
     * 序列化
     */
    private ObjectSerializer serializer = new JdkSerializationSerializer();
}
複製程式碼

zkRootPath，儲存 Zookeeper 根目錄，類似 JdbcTransactionRepository 的 domain 屬性。

一個事務儲存到 Zookeeper，使用 Zookeeper 的持久資料節點。

path：${zkRootPath} + / + ${xid}。實現程式碼如下：

// ZooKeeperTransactionRepository.java
private String getTxidPath(Xid xid) {
   return String.format("%s/%s", zkRootPath, xid);
}

// TransactionXid.java
@Override
public String toString() {
   StringBuilder stringBuilder = new StringBuilder();
   stringBuilder.append("globalTransactionId:").append(UUID.nameUUIDFromBytes(globalTransactionId).toString());
   stringBuilder.append(",").append("branchQualifier:").append(UUID.nameUUIDFromBytes(branchQualifier).toString());
   return stringBuilder.toString();
}
複製程式碼

data：呼叫 TransactionSerializer#serialize(...) 方法，序列化 Transaction。
version：使用 Zookeeper 資料節點自帶版本功能。這裡要注意下，Transaction 的版本從 1 開始，而 Zookeeper 資料節點版本從 0 開始。

ps：點選連結檢視 ZooKeeperTransactionRepository 程式碼實現，已經新增完整中文註釋。

另外，在生產上暫時不建議使用 ZooKeeperTransactionRepository，原因有兩點：

不支援 Zookeeper 安全認證。
使用 Zookeeper 時，未考慮斷網重連等情況。

如果你要使用 Zookeeper 進行事務的儲存，可以考慮使用 Apache Curator 操作 Zookeeper，重寫 ZooKeeperTransactionRepository 部分程式碼。

3.5 File 事務儲存器

org.mengyun.tcctransaction.repository.FileSystemTransactionRepository，File 事務儲存器，將 Transaction 儲存到檔案系統。

實現上和 ZooKeeperTransactionRepository，區別主要在於不支援樂觀鎖更新。有興趣的同學點選連結檢視，這裡就不擴充開來。

另外，在生產上不建議使用 FileSystemTransactionRepository，因為不支援多節點共享。用分散式儲存掛載檔案另說，當然還是不建議，因為不支援樂觀鎖併發更新。

666. 彩蛋

這篇略( 超 )微( 級 )水更，哈哈哈，為《TCC-Transaction 原始碼分析 —— 事務恢復》做鋪墊啦。

使用 RedisTransactionRepository 和 ZooKeeperTransactionRepository 儲存事務還是 Get 蠻多點的。

胖友，分享一個朋友圈可好？

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