二阶段提交在MySQL中的广义应用是怎样的

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二阶段提交介绍 

2PC全称是Two-PhaseCommit,翻译过来是二阶段提交,是分布式事务XA规范(XA规范是X/Open DTP定义的交易中间件与数据库之间的接口规范)的实现思路,满足CAP理论的CP,是强一致性事务。
二阶段提交将分布式事务分成二个阶段,表决阶段(Commit-Request-Phase)和提交阶段(Commit Phase)。角色分为:
  • 事务发起者(AP):定义事务边界(开始、结束),并操作事务边界内的资源。

  • 事务协调者(TM):负责管理事务(提交、回滚),监控事务执行进度,分为事务唯一标识

  • 事务参与者(RM):根据“事务协调者”命令进行操作,管理本地共享资源,记录执行日志

二阶段提交在MySQL中的广义应用是怎样的

表决阶段
  • TM:对RM发送Prepare指令,等待RM的回执(ACK)

  • RM:接收TM发送的指令,锁定资源,执行事务操作,但不提交。记录撤销日志和重做日志,如果事务执行成功,回复“是”;如失败,回复“否”

提交阶段
  • TM:如果接收到了所有RM的“是”回执,发送Commit给RM;如果在超时时间内有RM没有任何回执,或者有RM回复了“否”,发送Rollback给RM。

  • RM:根绝TM发送的指令执行Commit或者Rollback操作,针对Rollback操作,RM使用表决阶段记录的撤销日志。操作完成后给TM发送回执“OK”。如果收不到指令,一直等待。

二阶段提交在MySQL中的广义应用是怎样的

-    二阶段提交的应用     -

在分布式系统中,由于软件或者硬件的原因,导致两个进程之间的数据出现不一致问题。不一致问题的其中一个解决思路就是分布式事务,针对数据强一致性的需求场景,二阶段提交可以满足。

二阶段提交在MySQL中的广义应用是怎样的

-   MySQL中binlog和redo log的二阶段提交广义应用     -

MySQL的双日志(binlog 和 redo log)记录采用二阶段提交保证数据的强一致性。

binlog是由MySQL Server层记录,与任何存储引擎无关。binlog主要记录的是操作日志,有三种格式:Statement、Row、Mixedlevel。binlog的主要用途是故障恢复、主从同步。

redo log是由Innodb存储引擎记录,磁盘的最小单位是⻚,MySQL的记录是以⻚为单位存取的,redo log记录的是针对⻚上的修改日志。redo log的主要用途是进程崩溃恢复,主要用来恢复⻚上的数据。binlog无法修复⻚上的数据,所以redo log不能省掉。
如果不使用二阶段提交模式,会出现什么问题呢:MySQL为了保证事务持久性,采用的是WAL机制。正常情况下binlog和redo log中都有事务开始和结束标识。如果binlog和redo log都是直接同步写入磁盘方式,即write +  fsync方式。事务执行期间,每次都要写一次磁盘,TPS非常低,所以数据库不会这么设计。binlog和redo log在事务执行期间只写内存,当前链接线程不会主动去刷新到磁盘。接收到commit请求之后,当前才将binlog和redo log刷新到磁盘。
  • 如果是先写binlog 再写 redo log。当binlog写入成功后,redo log未写入成功,主节点宕机,此时分两个状态:

  1. 事务执行中,由于Innodb存储引擎的恢复是基于redo log的,此时master和slave都没有该数据,数据是一致的。

  2. 事务已提交,master基于redo log的恢复后的数据和slave中的数据会出现不一致问题。

  • 如果先写redo log再写binlog。当redo log写入成功后,主节点宕机,此时分两种状态:

  1. 事务执行中,由于当前事务没有提交,基于redo log恢复,未提交的时候不会写入,slave和master都没有该数据,数据是一致的。

  2. 事务已提交,redo log的事务已提交,binlog 记录的事务没有提交,master节点重启后,该数据会写入master节点,而slave节点没有,数据不一致。

综上所述,只有事务处于已提交状态的情况下,才会出现数据不一致问题。为了保证数据一致性。事务提交时,redo log和binlog的Commit操作需要在同一个事务里,由于binlog和redo log由不同的层记录,需要分布式事务,为了保证数据一致性,二阶段提交满足这样的需求场景。

二阶段提交在MySQL中的广义应用是怎样的

如图,可以看到redo log的写入有两个阶段,Prepare阶段和Commit阶段,Connect Client扮演事务发起者(AP),MySQL Server扮演事务协调者(TM),binlog和 redo log扮演事务参与者(RM)。redo log和 binlog既然是在同一个事务里,需要有一个事务id标识,即binlog文件中的Xid。  

二阶段提交在MySQL中的广义应用是怎样的

我们再分析一下基于二阶段提交方式的故障恢复过程。如果写redo log 处于Prepare阶段,主节点宕机(图中的①)。此时redo log 和binlog 都没有Commit标识,master崩溃恢复的时候此时事务会回滚,binlog没有写入,不会传输给slave。所以master和slave数据是一致的。
如果写binlog成功,主节点宕机(图中的②)。master崩溃恢复的时候,先判断redo log的状态(redo log处于prepare阶段时就要写入磁盘,否则崩溃无法恢复),此时没有Commit标识,会通过Xid判断当前事务在binlog中的状态,此时redo log有Commit标识(COMMIT或Xid event),直接提交。binlog已经写入,数据已同步给slave。所以master和slave的数据是一致的。

二阶段提交在MySQL中的广义应用是怎样的

-   MySQL二阶段提交特殊性     -

二阶段提交在MySQL中的广义应用是怎样的

表决阶段:
  • 常规二阶段提交协议中,TM发个Prepare信息给RM是串行有序的。

  • MySQL中,Server 先发给redo log 进行Prepare fsync操作(数据写入磁盘)

提交阶段:
  • 常规二阶段提交协议中,TM发个Commit信息给RM是无序的,不用关注RM发送的先后顺序。

  • MySQL的二阶段,Server 先发给binLog 进行write +  fsync进行合并操作,然后在通知redo log进行Commit。

设计优点
  • 少一次交互(对于分布式事务来说就少一次网络io)

  • 少一次持久化操作(少一次磁盘io)

该机制名字叫  最末参与者优化。

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