分布式事务设计
场景
在业务中有一处需要用户为订单付款，该业务会修改用户库的balance（用户余额表），扣减用户的余额，然后会修改订单库的order（订单表）和enterprise（企业余额表），将订单状态设置为已被支付，并增加企业的余额。这里就同时修改多个数据库，涉及到了分布式事务的问题。我最终是使用了RocketMQ的事务消息，并从外围解决了消息回查的问题。
他人思路
在设计我的解决方案前尝试搜索了一下别人的实现 传送门。他的解决方案是在producer和consumer方设置了两个scheduler，感觉是有些复杂的。我是在其基础上进行了简化，并解决了一些其他问题，使得整个解决方案比较完整和逻辑自洽。
我的设计
A和B是两个Service，A执行本地事务，B执行远程事务。A会调用B的远程服务，完成整个业务。就本项目而言，A就是用户模块的AccountService，B就是订单模块的OrderService。A和B都有一张表，存储着消息数据。从MQ的视角看来，A是消息的Producer，B是消息的Consumer。
A（本地事务执行方,MQProducer）
-
db
producer_msg(msgId,body,message_status,create_time,update_time,send_times,topic) msgId这里为orderId -
mq
作为producer时，注册Topic account：当执行本地事务时同时插入producer_msg，默认status都是未被消费。如果本地事务执行失败，那么直接回滚，不插入。当消息发送失败时，我们已经在producer_msg插入了记录，可以进行回查。 -
scheduler
A需要同步B的数据库，使得两个数据库数据一致，不同的即为确认信息发送失败的。
消息状态有未被消费、已被消费、消费失败、超过消费失败的重试次数、超过确认消息发送失败的重试次数和已被回滚。
A和B数据库同步维护所有消息，只是A数据库保存内容更多，比如会保存消息的body。
如果消息已经是超过重试次数或已被消费，那么A不会再去考虑它。
A的Scheduler会遍历A数据库，找出未被消费和消费失败的id且创建时间距离当前时间超过1min，发送给B。
B会遍历这些id
for(id in ids){
如果 id 不存在，说明确认消息发送失败，
如果 id 存在，则将该id对应的status一并返回，map.put(id,status)
}
A 接收到map后，keySet取得所有id，拿发送过去的id减去这些id（差集），就是确认消息发送失败的消息，进行重新发送；遍历map，将本地数据库同步为B数据库。
这个方法可能会出现消息重复，因为A刚发送消息，B该没有处理，A的Scheduler就去查询了，当然消息都没有被消费，因为A会重发刚才的消息，但是B有做消息去重，所以不会影响。
B（远程事务执行方，MQConsumer）
-
db
consumer_msg(msgId,create_time. message_status,topic) msgId这里是orderId -
mq
作为consumer，注册Topic account：
当接收到消息后，查询是否被执行过，如果没有被消费过（id未找到）或者消费失败了（这里解决了消息重复消费的问题），则执行远程事务后插入/更新consumer_ msg（status为已被消费），已被消费则跳过。
远程事务执行失败时，插入/更新consumer_ msg（status为消费失败）
超过重试消费次数的消息也更新consumer_ msg，status为超过消费的重试次数。
B这里就维护它所接收的消息的状态。
消息表
在producer这一方设计了producer_transaction_message表。
这里写图片描述
- msgId是消息唯一id，可以采用业务上的id来实现，比如订单id。
- body是消息体，比如订单对象的序列化结果。
- message_status是消息状态
- update_time是最后更新记录时间
- create_time是消息创建时间
- send_times是确认消息重复发送次数
- topic是消息主题，这里均为account
在consumer这一方设计了consumer_transaction_message表。
这里写图片描述
看得出来是producer的表的部分列，其含义也是相同的。
分布式事务实现代码
Producer方
MQProducerConfig（配置MQProducer）
@Configuration
@Slf4j
@Getter
public class MQProducerConfig {
@Value("${spring.rocketmq.group-name}")
private String groupName;
@Value("${spring.rocketmq.namesrv-addr}")
private String namesrvAddr;
@Value("${spring.rocketmq.topic}")
private String topic;
@Value("${spring.rocketmq.confirm-message-faiure-retry-times}")
private Integer retryTimes;
public static final Integer CHECK_GAP = 1;
@Bean
public MQProducer mqProducer() throws MQClientException {
TransactionMQProducer producer = new TransactionMQProducer(groupName);
producer.setNamesrvAddr(namesrvAddr);
producer.setTransactionCheckListener(new TransactionCheckListener() {
@Override
public LocalTransactionState checkLocalTransactionState(MessageExt msg) {
// doNothing
return LocalTransactionState.COMMIT_MESSAGE;
}
});
Runtime.getRuntime().addShutdownHook(new Thread(new Runnable() {
public void run() {
producer.shutdown();
}
}));
producer.start();
log.info("producer started!");
return producer;
}
}
AccountLocalTransactionExecutor（执行本地事务）
@Component
@Slf4j
public class AccountLocalTransactionExecutor implements LocalTransactionExecuter {
@Autowired
private PayService payService;
@Autowired
private ProducerTransactionMessageService messageService;
@Override
public LocalTransactionState executeLocalTransactionBranch(Message msg, Object arg) {
try {
String paymentPassword = (String) arg;
OrderDO order = ProtoStuffUtil.deserialize(msg.getBody(), OrderDO.class);
if (order.getOrderStatus() != OrderStatus.UNPAID) {
log.info("{} 订单状态不为unpaid", order.getId());
throw new OrderStateIllegalException(order.getOrderStatus().toString());
}
// 本地事务，减少用户账户余额
// 抛出异常时会进行回滚，下面构造消息存储到数据库也不会被执行
payService.decreaseAccount(order.getUser().getId(), order.getTotalPrice(), paymentPassword);
// 保存消息至数据库
ProducerTransactionMessageDO messageDO = ProducerTransactionMessageDO.builder()
.id(order.getId())
.body(msg.getBody())
.createTime(LocalDateTime.now())
.updateTime(LocalDateTime.now())
.messageStatus(MessageStatus.UNCONSUMED)
.topic(msg.getTopic())
.sendTimes(0)
.build();
messageService.save(messageDO);
// 成功通知MQ消息变更 该消息变为：<确认发送>
return LocalTransactionState.COMMIT_MESSAGE;
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
log.info("本地事务执行失败，直接回滚!");
// 失败则不通知MQ 该消息一直处于：<暂缓发送>
return LocalTransactionState.ROLLBACK_MESSAGE;
}
}
}
AccountServiceImpl（Producer支付业务入口）
@Service
@Slf4j
public class AccountServiceImpl implements AccountService {
@Autowired
private MQProducerConfig config;
@Autowired
private MQProducer producer;
@Autowired
private AccountLocalTransactionExecutor executor;
@Autowired
private ProducerTransactionMessageService messageService;
@Autowired
private PayService payService;
@Override
public void commit(OrderDO order, String paymentPassword) {
Message message = new Message();
message.setTopic(config.getTopic());
message.setBody(ProtoStuffUtil.serialize(order));
TransactionSendResult result = null;
try {
result = this.producer.sendMessageInTransaction(message, executor, paymentPassword);
log.info("事务消息发送结果：{}", result);
log.info("TransactionState:{} ", result.getLocalTransactionState());
// 因为无法获得executor中抛出的异常，只能模糊地返回订单支付失败信息。
// TODO 想办法从executor中找到原生异常
} catch (Exception e) {
log.info("AccountService抛出异常...");
e.printStackTrace();
}
if (result.getLocalTransactionState() == LocalTransactionState.ROLLBACK_MESSAGE) {
throw new OrderPaymentException(order.getId());
}
}
@Transactional
@Override
public void rollback(ProducerTransactionMessageDO message) {
OrderDO order = ProtoStuffUtil.deserialize(message.getBody(), OrderDO.class);
message.setMessageStatus(MessageStatus.ROLLBACK);
message.setUpdateTime(LocalDateTime.now());
messageService.update(message);
payService.increaseAccount(order.getUser().getId(), order.getTotalPrice());
}
}
TransactionCheckScheduler（消息回查）
@Component
public class TransactionCheckScheduler {
@Autowired
private ProducerTransactionMessageService messageService;
/**
* 每分钟执行一次事务回查
*/
@Scheduled(fixedRate = 60 * 1000)
public void checkTransactionMessage(){
messageService.check();
}
}
ProducerTransactionMessageServiceImpl（Producer消息服务提供者）
@Slf4j
public class ProducerTransactionMessageServiceImpl implements ProducerTransactionMessageService {
@Autowired
private MQProducer producer;
@Autowired
private MQProducerConfig config;
@Autowired
private ProductTransactionMessageDOMapper mapper;
@Autowired
private ConsumerTransactionMessageService consumerTransactionMessageService;
@Transactional
@Override
public void save(ProducerTransactionMessageDO message) {
mapper.insert(message);
}
@Transactional
@Override
public void check() {
List<Long> all = mapper.findMessageIdsByStatusCreatedAfter(Arrays.asList(MessageStatus.UNCONSUMED, MessageStatus.CONSUME_FAILED), MQProducerConfig.CHECK_GAP);
Map<Long, MessageStatus> statusMap = consumerTransactionMessageService.findConsumerMessageStatuses(all);
for (Map.Entry<Long, MessageStatus> entry : statusMap.entrySet()) {
mapper.updateByPrimaryKeySelective(ProducerTransactionMessageDO.builder().id(entry.getKey()).messageStatus(entry.getValue()).updateTime(LocalDateTime.now()).build());
}
all.removeAll(statusMap.keySet());
// 此时all为确认消息发送失败的
this.reSend(mapper.selectBatchByPrimaryKeys(all));
}
@Transactional
@Override
public void reSend(List<ProducerTransactionMessageDO> messages) {
for (ProducerTransactionMessageDO messageDO : messages) {
if (messageDO.getSendTimes() == config.getRetryTimes()) {
messageDO.setUpdateTime(LocalDateTime.now());
messageDO.setMessageStatus(MessageStatus.OVER_CONFIRM_RETRY_TIME);
mapper.updateByPrimaryKeySelective(messageDO);
continue;
}
Message message = new Message();
message.setTopic(config.getTopic());
message.setBody(messageDO.getBody());
try {
SendResult result = producer.send(message);
messageDO.setSendTimes(messageDO.getSendTimes() + 1);
messageDO.setUpdateTime(LocalDateTime.now());
mapper.updateByPrimaryKeySelective(messageDO);
log.info("发送重试消息完毕,Message:{},result:{}", message, result);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
log.info("发送重试消息时失败! Message:{}", message);
}
}
}
@Transactional
@Override
public void delete(Long id) {
mapper.deleteByPrimaryKey(id);
}
@Transactional(readOnly = true)
@Override
public List<ProducerTransactionMessageDO> findByIds(List<Long> ids) {
return mapper.selectBatchByPrimaryKeys(ids);
}
@Transactional(readOnly = true)
@Override
public PageInfo<ProducerTransactionMessageDO> findByQueryDTO(MessageQueryConditionDTO dto) {
return mapper.findByCondition(dto, dto.getPageNum(), dto.getPageSize()).toPageInfo();
}
@Override
public void update(ProducerTransactionMessageDO message) {
mapper.updateByPrimaryKeySelective(message);
}
}
Consumer
MQConsumerConfig（配置MQConsumer）
@Configuration
@Slf4j
@Getter
public class MQConsumerConfig {
private DefaultMQPushConsumer consumer;
@Value("${spring.rocketmq.group-name}")
private String groupName;
@Value("${spring.rocketmq.namesrv-addr}")
private String namesrvAddr;
@Value("${spring.rocketmq.topic}")
private String topic;
@Autowired
private AccountMessageListener accountMessageListener;
@Value("${spring.rocketmq.consume-failure-retry-times}")
private Integer retryTimes;
@PostConstruct
public void init() throws MQClientException {
this.consumer = new DefaultMQPushConsumer(groupName);
this.consumer.setNamesrvAddr(namesrvAddr);
// 启动后从队列头部开始消费
this.consumer.setConsumeFromWhere(ConsumeFromWhere.CONSUME_FROM_FIRST_OFFSET);
this.consumer.subscribe(topic, "*");
this.consumer.registerMessageListener(accountMessageListener);
this.consumer.start();
log.info("consumer started!");
}
}
AccountMessageListener（消息接收方）
@Component
@Slf4j
public class AccountMessageListener implements MessageListenerConcurrently {
@Autowired
private OrderService orderService;
@Autowired
@Qualifier("consumerTransactionMessageService")
private ConsumerTransactionMessageService messageService;
@Autowired
private MQConsumerConfig config;
@Override
public ConsumeConcurrentlyStatus consumeMessage(List<MessageExt> msgs, ConsumeConcurrentlyContext context) {
log.info("接收到消息数量为:{}", msgs.size());
for (MessageExt msg : msgs) {
ConsumerTransactionMessageDO messageDO = null;
OrderDO order = null;
try {
String topic = msg.getTopic();
String keys = msg.getKeys();
order = ProtoStuffUtil.deserialize(msg.getBody(), OrderDO.class);
log.info("消费者接收到消息:topic: {}, keys:{} , order: {}", topic, keys, order);
// 如果已经被消费过并且消费成功，那么不再重复消费（未被消费->id不存在或消费失败或超过重试次数的都会继续消费）
if(messageService.isMessageConsumedSuccessfully(order.getId())){
continue;
}
messageDO = ConsumerTransactionMessageDO.builder()
.id(order.getId())
.createTime(LocalDateTime.now())
.topic(msg.getTopic())
.build();
// 业务逻辑处理
orderService.finishOrder(order);
// 如果业务逻辑抛出异常，那么会跳过插入CONSUMED
messageDO.setMessageStatus(MessageStatus.CONSUMED);
// 如果是未被消费，第一次就消费成功了，则插入
// 如果是超过重试次数，又人工设置重试，则更新状态为已被消费
messageService.insertOrUpdate(messageDO);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
// 重试次数达到最大重试次数
if (msg.getReconsumeTimes() == config.getRetryTimes()) {
log.info("客户端重试三次,需要人工处理");
messageService.update(
ConsumerTransactionMessageDO.builder()
.id(order.getId())
.messageStatus(MessageStatus.OVER_CONSUME_RETRY_TIME).build()
);
return ConsumeConcurrentlyStatus.CONSUME_SUCCESS;
} else {
log.info("消费失败，进行重试，当前重试次数为: {}", msg.getReconsumeTimes());
messageDO.setMessageStatus(MessageStatus.CONSUME_FAILED);
// 如果第一次消费失败，那么插入
// 如果之前消费失败，继续重试，那么doNothing
// 如果之前是超过重试次数，人工设置重试，那么将状态改为消费失败
messageService.insertOrUpdate(messageDO);
return ConsumeConcurrentlyStatus.RECONSUME_LATER;
}
}
}
return ConsumeConcurrentlyStatus.CONSUME_SUCCESS;
}
}
ConsumerTransactionMessageServiceImpl（Consumer消息服务提供者）
public class ConsumerTransactionMessageServiceImpl implements ConsumerTransactionMessageService {
@Autowired
private ConsumerTransactionMessageDOMapper mapper;
@Transactional(readOnly = true)
@Override
public Map<Long, MessageStatus> findConsumerMessageStatuses(List<Long> ids) {
Map<Long, MessageStatus> result = new HashMap<>();
for (Long id : ids) {
MessageStatus status = mapper.findStatusById(id);
if (status != null) {
result.put(id, status);
}
}
return result;
}
@Transactional(readOnly = true)
@Override
public ConsumerTransactionMessageDO selectByPrimaryKey(Long id) {
return mapper.selectByPrimaryKey(id);
}
@Transactional
@Override
public void insert(ConsumerTransactionMessageDO record) {
mapper.insert(record);
}
@Override
public void insertOrUpdate(ConsumerTransactionMessageDO record) {
ConsumerTransactionMessageDO recordInDB = mapper.selectByPrimaryKey(record.getId());
if (recordInDB == null) {
mapper.insert(record);
} else {
recordInDB.setMessageStatus(record.getMessageStatus());
mapper.updateByPrimaryKeySelective(recordInDB);
}
}
@Transactional
@Override
public void insertIfNotExists(ConsumerTransactionMessageDO record) {
if (mapper.selectByPrimaryKey(record.getId()) == null) {
mapper.insert(record);
}
}
@Transactional
@Override
public void update(ConsumerTransactionMessageDO record) {
mapper.updateByPrimaryKeySelective(record);
}
@Transactional(readOnly = true)
@Override
public boolean isMessageConsumedSuccessfully(Long id) {
MessageStatus status = mapper.findStatusById(id);
return status == MessageStatus.CONSUMED;
}
}
消息管理
尚需提供一个消息的监控平台，可以搜索和查看消息的状态，尤其是需要人工处理的死信，可以回滚本地事务或重新发送。
界面类似于下图：
这里写图片描述
当前仅开发了消息管理系统的数据接口，尚未开发其客户端。
@RestController
@RequestMapping("/message_console")
public class MessageConsoleController {
@Autowired
private ProducerTransactionMessageService messageService;
@Autowired
private AccountService accountService;
@RequestMapping(value = "/query", method = RequestMethod.POST)
public PageInfo<ProducerTransactionMessageDO> findByQueryDTO(@RequestBody MessageQueryConditionDTO queryDTO) {
if (queryDTO.getPageNum() == null || queryDTO.getPageNum() <= 0) {
queryDTO.setPageNum(Integer.valueOf(PageProperties.DEFAULT_PAGE_NUM));
}
if (queryDTO.getPageSize() == null || queryDTO.getPageSize() <= 0) {
queryDTO.setPageSize(Integer.valueOf(PageProperties.DEFAULT_PAGE_SIZE));
}
return messageService.findByQueryDTO(queryDTO);
}
@RequestMapping(value = "/reSend", method = RequestMethod.POST)
public void reSend(@RequestBody MessageIdDTO dto) {
List<ProducerTransactionMessageDO> messages = messageService.findByIds(dto.getIds());
for (ProducerTransactionMessageDO messageDO : messages) {
messageDO.setMessageStatus(MessageStatus.UNCONSUMED);
messageDO.setSendTimes(0);
}
messageService.reSend(messages);
}
@RequestMapping(value = "/rollback", method = RequestMethod.POST)
public void rollback(@RequestBody MessageIdDTO dto) {
for (ProducerTransactionMessageDO message : messageService.findByIds(dto.getIds())) {
accountService.rollback(message);
}
}
}
总结
自上次开发完SpringBootSOASkeleton之后，就一直希望能完成一个数据库按业务分库和分布式事务的项目。大概花了两周，大概尝试了TCC和可靠消息最终一致两种方法，最终解决了分布式事务的问题。
TCC是我首先采用的技术，使用了Github开源的ByteTCC，但花了很多时间没有跑通，另外用起来非常复杂，对业务逻辑侵入非常大，最后是放弃了，但也留下来基于ByTeTCC的完成度比较高的代码，最后以Git的一个tag结束了它的生命周期。
这里写图片描述
然后我考虑使用MQ，尤其是原本对事务消息有所支持的RocketMQ来实现分布式事务。因为消息回查的功能被阉割，又去阅读了其源码和他人考虑的解决方案去实现它。就目前这个解决方案而言，自我感觉是比较完善的，既不是非常复杂， 又解决了RocketMQ原来存在的很多问题。但因为还是一个学生，对分布式比较缺乏经验，如果大家能发现其中存在的问题，也希望在博客下评论或Github提issue。
全部代码已经放到Github上，按照《Linux集群搭建》配置的环境下，代码是可以跑通的，只是确认消息发送失败这种场景很难模拟出来，这也是有待观察的。
参考资料
大规模SOA系统中的分布事务处事-程立
支付宝架构与技术
RocketMQ用户指南v3.2.4
高并发下的幂等策略分析
RocketMQ源码解析
分布式开放消息系统(RocketMQ)的原理与实践
https://blog.csdn.net/songxinjianqwe/article/details/78923482
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