ShardingJDBC——分布式事务

作者: 小波同学 | 来源:发表于2022-11-06 23:41 被阅读0次

一、如何理解分布式事务

在传统的关系型数据库中，事务是一个标准组件，几乎所有成熟的关系型数据库都提供了对本地事务的原生支持。本地事务提供了 ACID 事务特性。基于本地事务，为了保证数据的一致性，我们先开启一个事务后，才可以执行数据操作，最后提交或回滚就可以了。更进一步，借助于 Spring 等集成化框架，开发人员只需关注引起数据改变的业务即可。

但在分布式环境下，事情就会变得比较复杂。假设系统中存在多个独立的数据库，为了确保数据在这些独立的数据库中保持一致，我们需要把这些数据库纳入同一个事务中。这时本地事务就无能为力了，我们需要使用分布式事务。

业界关于如何实现分布式事务也有一些通用的实现机制，例如支持两阶段提交的 XA 协议以及以 Saga 为代表的柔性事务。针对不同的实现机制，也存在一些供应商和开发工具。因为这些开发工具在使用方式上和实现原理上都有较大的差异性，所以开发人员的一大诉求在于，希望能有一套统一的解决方案能够屏蔽这些差异。同时，我们也希望这种解决方案能够提供友好的系统集成性。

ShardingSphere 作为一款分布式数据库中间件，势必要考虑分布式事务的实现方案。而在设计上，ShardingSphere 从一开始就充分考虑到了开发人员的这些诉求。

二、ShardingJdbc 分布式事务

sharding-jdbc分布式事务支持：官网https://shardingsphere.apache.org/document/current/cn/features/transaction/

ShardingSphere 中的分布式事务

在 ShardingSphere 中，除本地事务之外，还提供针对分布式事务的两种实现方案，分别是 XA 事务和柔性事务。这点可以从事务类型枚举值 TransactionType 中得到验证：

public enum TransactionType {
    LOCAL, XA, BASE
}

1、本地事务

在不开启任何分布式事务管理器的前提下，让每个数据节点各自管理自己的事务。它们之间没有协调以及通信的能力，也并不互相知晓其他数据节点事务的成功与否。本地事务在性能方面无任何损耗，但在强一致性以及最终一致性方面则力不从心。

2、两阶段提交：

XA协议最早的分布式事务模型是由 X/Open 国际联盟提出的 X/Open Distributed Transaction Processing (DTP) 模型，简称 XA 协议。

基于XA协议实现的分布式事务对业务侵入很小。它最大的优势就是对使用方透明，用户可以像使用本地事务一样使用基于XA协议的分布式事务。 XA协议能够严格保障事务 ACID 特性。

严格保障事务 ACID 特性是一把双刃剑。事务执行在过程中需要将所需资源全部锁定，它更加适用于执行时间确定的短事务。对于长事务来说，整个事务进行期间对数据的独占，将导致对热点数据依赖的业务系统并发性能衰退明显。因此，在高并发的性能至上场景中，基于XA协议的分布式事务并不是最佳选择。

3、柔性事务

如果将实现了 ACID 的事务要素的事务称为刚性事务的话，那么基于 BASE 事务要素的事务则称为柔性事务。 BASE 是基本可用、柔性状态和最终一致性这三个要素的缩写。

基本可用（Basically Available）：允许响应时间拉长，允许功能上的损失，允许降级页面（系统繁忙，稍后重试等），即分布式系统在出现故障时，允许损失部分可用功能，保证核心功能可用。如，电商网站交易付款出现问题了，商品依然可以正常浏览。
柔性状态（Soft state）：是指允许系统中的数据存在中间状态，并认为该中间状态的存在不会影响系统的整体可用性。如订单的"支付中"、“数据同步中”等状态，待数据最终一致后状态改为“成功”状态。
最终一致性（Eventually consistent）：本质就是需要保证最终数据能够达到一致性，而不需要实时保证系统数据的强一致性。如订单的"支付中"状态，最终会变为“支付成功”或者"支付失败"，使订单状态与实际交易结果达成一致，但需要一定时间的延迟、等待。

在 ACID 事务中对隔离性的要求很高，在事务执行过程中，必须将所有的资源锁定。柔性事务的理念则是通过业务逻辑将互斥锁操作从资源层面上移至业务层面。通过放宽对强一致性要求，来换取系统吞吐量的提升。

三、ShardingJdbc 分布式事务使用

3.1 不使用Spring

3.1.1 引入Maven依赖

<dependency>
    <groupId>org.apache.shardingsphere</groupId>
    <artifactId>sharding-jdbc-core</artifactId>
    <version>${sharding-sphere.version}</version>
</dependency>

<!-- 使用XA事务时，需要引入此模块 -->
<dependency>
    <groupId>org.apache.shardingsphere</groupId>
    <artifactId>sharding-transaction-xa-core</artifactId>
    <version>${shardingsphere.version}</version>
</dependency>

<!-- 使用BASE事务时，需要引入此模块 -->
<dependency>
    <groupId>org.apache.shardingsphere</groupId>
    <artifactId>sharding-transaction-base-seata-at</artifactId>
    <version>${sharding-sphere.version}</version>
</dependency>

3.1.2 基于Java编码方式使用分布式事务

TransactionTypeHolder.set(TransactionType.XA); // 支持TransactionType.LOCAL, TransactionType.XA, TransactionType.BASE
try (Connection connection = dataSource.getConnection()) { // dataSource的类型为ShardingDataSource
    connection.setAutoCommit(false);
    PreparedStatement preparedStatement = connection.prepareStatement("INSERT INTO t_order (user_id, status) VALUES (?, ?)");
    preparedStatement.setObject(1, i);
    preparedStatement.setObject(2, "init");
    preparedStatement.executeUpdate();
    connection.commit();
}

3.2 使用Spring-namespace

3.2.1 引入Maven依赖

<dependency>
    <groupId>org.apache.shardingsphere</groupId>
    <artifactId>sharding-jdbc-spring-namespace</artifactId>
    <version>${shardingsphere.version}</version>
</dependency>

<!-- 使用XA事务时，需要引入此模块 -->
<dependency>
    <groupId>org.apache.shardingsphere</groupId>
    <artifactId>sharding-transaction-xa-core</artifactId>
    <version>${shardingsphere.version}</version>
</dependency>

<!-- 使用BASE事务时，需要引入此模块 -->
<dependency>
    <groupId>org.apache.shardingsphere</groupId>
    <artifactId>sharding-transaction-base-seata-at</artifactId>
    <version>${sharding-sphere.version}</version>
</dependency>

3.2.2 配置spring-namespace的事务管理器

<!-- 进行ShardingDataSource的相关配置 -->
...

<!-- 开启自动扫描@ShardingTransactionType注解，使用Spring原生的AOP在类和方法上进行增强 -->
<sharding:tx-type-annotation-driven />

<bean id="transactionManager" class="org.springframework.jdbc.datasource.DataSourceTransactionManager">
    <property name="dataSource" ref="shardingDataSource" />
</bean>
<bean id="jdbcTemplate" class="org.springframework.jdbc.core.JdbcTemplate">
    <property name="dataSource" ref="shardingDataSource" />
</bean>
<tx:annotation-driven />

3.2.3 业务代码中使用分布式事务

@Transactional
@ShardingTransactionType(TransactionType.XA)  // 支持TransactionType.LOCAL, TransactionType.XA, TransactionType.BASE
public void insert() {
    jdbcTemplate.execute("INSERT INTO t_order (user_id, status) VALUES (?, ?)", (PreparedStatementCallback<Object>) preparedStatement -> {
        preparedStatement.setObject(1, i);
        preparedStatement.setObject(2, "init");
        preparedStatement.executeUpdate();
    });
}

3.3 使用Spring-boot

3.3.1 引入Maven依赖

<dependency>
    <groupId>org.apache.shardingsphere</groupId>
    <artifactId>sharding-jdbc-spring-boot-starter</artifactId>
    <version>${shardingsphere.version}</version>
</dependency>

<!-- 使用XA事务时，需要引入此模块 -->
<dependency>
    <groupId>org.apache.shardingsphere</groupId>
    <artifactId>sharding-transaction-xa-core</artifactId>
    <version>${shardingsphere.version}</version>
</dependency>

<!-- 使用BASE事务时，需要引入此模块 -->
<dependency>
    <groupId>org.apache.shardingsphere</groupId>
    <artifactId>sharding-transaction-base-seata-at</artifactId>
    <version>${sharding-sphere.version}</version>
</dependency>

3.3.2 配置spring-boot的事务管理器

@Configuration
@EnableTransactionManagement
public class TransactionConfiguration {
    
    @Bean
    public PlatformTransactionManager txManager(final DataSource dataSource) {
        return new DataSourceTransactionManager(dataSource);
    }
    
    @Bean
    public JdbcTemplate jdbcTemplate(final DataSource dataSource) {
        return new JdbcTemplate(dataSource);
    }
}

3.3.3 业务代码中使用分布式事务

@Transactional
@ShardingTransactionType(TransactionType.XA)  // 支持TransactionType.LOCAL, TransactionType.XA, TransactionType.BASE
public void insert() {
    jdbcTemplate.execute("INSERT INTO t_order (user_id, status) VALUES (?, ?)", (PreparedStatementCallback<Object>) preparedStatement -> {
        preparedStatement.setObject(1, i);
        preparedStatement.setObject(2, "init");
        preparedStatement.executeUpdate();
    });
}

分布式事务管理器的特有配置

XA事务管理器参数配置（可选）

ShardingSphere默认的XA事务管理器为Atomikos，在项目的logs目录中会生成xa_tx.log, 这是XA崩溃恢复时所需的日志，请勿删除。

也可以通过在项目的classpath中添加jta.properties来定制化Atomikos配置项。具体的配置规则请参考Atomikos的官方文档。

BASE柔性事务管理器（SEATA-AT配置）

1、按照seata-work-shop中的步骤，下载并启动seata server，参考 Step6 和 Step7即可。
2、在每一个分片数据库实例中执创建undo_log表（以MySQL为例）

CREATE TABLE IF NOT EXISTS `undo_log`
(
  `id`            BIGINT(20)   NOT NULL AUTO_INCREMENT COMMENT 'increment id',
  `branch_id`     BIGINT(20)   NOT NULL COMMENT 'branch transaction id',
  `xid`           VARCHAR(100) NOT NULL COMMENT 'global transaction id',
  `context`       VARCHAR(128) NOT NULL COMMENT 'undo_log context,such as serialization',
  `rollback_info` LONGBLOB     NOT NULL COMMENT 'rollback info',
  `log_status`    INT(11)      NOT NULL COMMENT '0:normal status,1:defense status',
  `log_created`   DATETIME     NOT NULL COMMENT 'create datetime',
  `log_modified`  DATETIME     NOT NULL COMMENT 'modify datetime',
  PRIMARY KEY (`id`),
  UNIQUE KEY `ux_undo_log` (`xid`, `branch_id`)
) ENGINE = InnoDB
  AUTO_INCREMENT = 1
  DEFAULT CHARSET = utf8 COMMENT ='AT transaction mode undo table';

3、在classpath中增加seata.conf

client {
    application.id = example    ## 应用唯一id
    transaction.service.group = my_test_tx_group   ## 所属事务组
}

4、根据实际场景修改seata的file.conf和registry.conf文件

注意：

shardingjdbc对数据库的访问有一些限制：
官方站的说明：https://shardingsphere.apache.org/document/legacy/4.x/document/cn/manual/sharding-jdbc/unsupported-items/

四、 ShardingSphere集成Nacos配置中心

4.1 集成配置中心

为了集成配置中心，第一步需要引入 ShardingSphere 中与编排治理相关的依赖包。在 Spring Boot 环境中，这个依赖包是 sharding-jdbc-orchestration-spring-boot-starter：

<dependency>
    <groupId>org.apache.shardingsphere</groupId>         
    <artifactId>sharding-jdbc-orchestration-spring-boot-starter</artifactId>
</dependency>

引入Nacos配置相关依赖

<dependency>
    <groupId>org.apache.shardingsphere</groupId>
    <artifactId>sharding-orchestration-reg-nacos</artifactId>
</dependency>
 
<dependency>
    <groupId>com.alibaba.nacos</groupId>
    <artifactId>nacos-client</artifactId>
</dependency>

如果是ZooKeeeper作为配置中心的话，需引入相关依赖

<dependency>
    <groupId>org.apache.shardingsphere</groupId>         
    <artifactId>sharding-orchestration-reg-zookeeper-curator</artifactId>
</dependency>

4.2 掌握配置项

针对配置中心，ShardingSphere 提供了一系列的 DataSource，包括用于数据分片的 OrchestrationShardingDataSource、用于读写分离的 OrchestrationMasterSlaveDataSource 以及用于数据脱敏的 OrchestrationEncryptDataSource。围绕这些 DataSource，也存在对应的 DataSourceFactory 工厂类。这里以 OrchestrationMasterSlaveDataSourceFactory 为例来看创建 DataSource 所需要的配置类：

public final class OrchestrationMasterSlaveDataSourceFactory {
    
    public static DataSource createDataSource(final Map<String, DataSource> dataSourceMap, final MasterSlaveRuleConfiguration masterSlaveRuleConfig, 
                                              final Properties props, final OrchestrationConfiguration orchestrationConfig) throws SQLException {
        if (null == masterSlaveRuleConfig || null == masterSlaveRuleConfig.getMasterDataSourceName()) {
            return createDataSource(orchestrationConfig);
        }
        MasterSlaveDataSource masterSlaveDataSource = new MasterSlaveDataSource(dataSourceMap, new MasterSlaveRule(masterSlaveRuleConfig), props);
        return new OrchestrationMasterSlaveDataSource(masterSlaveDataSource, orchestrationConfig);
    }
     …
}

可以看到，这里存在一个治理规则配置类 OrchestrationConfiguration，而在其他的 DataSourceFactory 中所使用的也是这个配置类：

public final class OrchestrationConfiguration {
    //治理规则名称
    private final String name;
    //注册（配置）中心配置类
    private final RegistryCenterConfiguration regCenterConfig;
    //本地配置是否覆写服务器配置标志位
    private final boolean overwrite;
}

在 OrchestrationConfiguration 中我们看到了用于指定本地配置是否覆写服务器配置的 overwrite 标志位，也看到了一个注册中心的配置子类 RegistryCenterConfiguration。RegistryCenterConfiguration 包的含内容比较多，我们截取最常见最通用的部分配置项：

public final class RegistryCenterConfiguration extends TypeBasedSPIConfiguration {
  
    //配置中心服务器列表
    private String serverLists;   
    //命名空间
    private String namespace;
       …
}

这里包含了配置中心服务器列表 serverLists 以及用于标识唯一性的命名空间 namespace。因为 RegistryCenterConfiguration 继承了 TypeBasedSPIConfiguration，所以也就自动带有 type 和 properties 这两个配置项。

4.3 在Nacos创建配置

spring.shardingsphere.datasource.names=dsmaster,dsslave0,dsslave1
 
spring.shardingsphere.datasource.dsmaster.type=com.zaxxer.hikari.HikariDataSource
spring.shardingsphere.datasource.dsmaster.driver-class-name=com.mysql.jdbc.Driver
spring.shardingsphere.datasource.dsmaster.jdbc-url=jdbc:mysql://localhost:3306/dsmaster
spring.shardingsphere.datasource.dsmaster.username=root
spring.shardingsphere.datasource.dsmaster.password=root
 
spring.shardingsphere.datasource.dsslave0.type=com.zaxxer.hikari.HikariDataSource
spring.shardingsphere.datasource.dsslave0.driver-class-name=com.mysql.jdbc.Driver
spring.shardingsphere.datasource.dsslave0.jdbc-url=jdbc:mysql://localhost:3306/dsslave0
spring.shardingsphere.datasource.dsslave0.username=root
spring.shardingsphere.datasource.dsslave0.password=root
 
spring.shardingsphere.datasource.dsslave1.type=com.zaxxer.hikari.HikariDataSource
spring.shardingsphere.datasource.dsslave1.driver-class-name=com.mysql.jdbc.Driver
spring.shardingsphere.datasource.dsslave1.jdbc-url=jdbc:mysql://localhost:3306/dsslave1
spring.shardingsphere.datasource.dsslave1.username=root
spring.shardingsphere.datasource.dsslave1.password=root
 
spring.shardingsphere.masterslave.load-balance-algorithm-type=random
spring.shardingsphere.masterslave.name=health_ms
spring.shardingsphere.masterslave.master-data-source-name=dsmaster
spring.shardingsphere.masterslave.slave-data-source-names=dsslave0,dsslave1
 
spring.shardingsphere.props.sql.show=true

4.4 ShardingSphere配置开关

spring.shardingsphere.orchestration.overwrite=true：采用本地配置。
spring.shardingsphere.orchestration.overwrite=false：只从配置中心读取配置。

选择使用阿里巴巴的 Nacos来构建配置中心服务器

spring.shardingsphere.orchestration.name=health_ms
spring.shardingsphere.orchestration.overwrite=false
spring.shardingsphere.orchestration.registry.type=nacos
spring.shardingsphere.orchestration.registry.server-lists=localhost:8848
spring.shardingsphere.orchestration.registry.namespace=

如果采用其他配置配置中心需修改spring.shardingsphere.orchestration.registry.type并提供对应的 server-lists即可。

参考：
https://shardingsphere.apache.org/document/legacy/4.x/document/cn/features/transaction/

https://segmentfault.com/a/1190000023379017

https://blog.csdn.net/qq_35731570/article/details/121394495

http://t.zoukankan.com/architectforest-p-13639608.html