分布式事务：2PC与3PC的区别

简介

2PC的出现

2PC是Two Phase Commitment Protocol的缩写，也就是二阶段提交。

1978年，Jim Gray等人提出了2PC协议，用于协调分布式系统中的事务提交。

1979年，Jim Gray在《Notes on Database Operating Systems》提及到2PC

1993年，Jim Gray和Andreas Reuter?合作写了一部事务处理的经典书籍“Transaction Processing:Concepts and Techniques”《事务处理：概念和技术》

3PC的出现

3PC是Three Phase Commitment Protocol的缩写，也就是三阶段提交。

对于2PC的缺点，Skeen和Stonebraker?在1983年出版了“A Formal Model of Crash Recovery in a Distributed System”（分布式系统中故障恢复的自适应模型（自己翻译的））

2PC与3PC的主要区别

	2PC	3PC
阶段	2个阶段：prepare准备阶段与commit提交阶段	3个阶段：CanCommit能否提交阶段，PreCommit准备提交阶段，DoCommit事务提交阶段
复杂程度	简单	复杂
一致性	好	较低
可用性	较低	高
资源损耗	高	低

详细介绍

2PC

两个角色

协调者

协调者(Coordinator)是事务的发起者

在实际的使用过程中，TM作为协调者。TM（Transaction Manager）是定义的一种软件组件，有着分布式事务的管理职责，对分布式事务进行协调和执行。

参与者

参与者(Cohort)是事务的执行者

在实际的使用过程中，使用RM作为参与者。RM（Resource Manager）是定义的一种软件组件，它在分布式系统当中对资源负责管理和控制，能够进行资源的锁定、解锁、回滚和提交等操作。

协议描述

两阶段提交是一种原子性提交协议，它通过将事务的提交过程分为两个阶段来确保分布式事务的一致性。简单来说，2PC协议包括一个协调者（Coordinator）和多个参与者（Participants, 或cohorts）。协调者负责引导整个提交过程，而参与者负责执行事务操作。

两个阶段

1.准备阶段（Prepare Phase）

（1）在准备阶段中，协调者会向所有参与者节点发送准备请求，询问是否可以执行事务提交操作。

（2）在参与者节点执行完（本地的Undo/Redo日志）事务之后，会向协调者发送准备完成的消息。

（3）协调者会在收到所有参与者的准备完成消息后，判断是否所有节点都准备好了，如果有一个节点没有准备好，那么协调者会发送回滚请求，要求所有节点回滚事务。

2.提交阶段（Commit Phase）

（1）在提交阶段中，如果所有参与者都准备好了，那么协调者会向所有参与者发送提交请求

（2）在参与者节点执行完提交操作后，会正式执行事务提交操作，完成后释放事务资源

（3）向协调者发送提交完成的ACK消息。

（4）协调者会在收到所有参与者的提交完成消息后，完成事务提交。

3.参与者都成功

4.失败中断事务

有参与者失败，则向协调者反馈NO的消息，或者等待时间过长，协调者就会中断事务

3PC

三阶段提交与二阶段提交差别。

（1）引入超时机制。同时在协调者和参与者中都引入超时机制。

（2）在第一阶段和第二阶段中多了一个中间状态阶段，也就是准备阶段。保证了在最后提交阶段之前各参与者节点的状态是一致的。三阶段提交分别为CanCommit、PreCommit、DoCommit三个阶段。

所有环节都成功

1. CanCommit阶段

1.1步骤

（1）事务询问 ，协调者向所有的参与者发送CanCommit请求。询问是否可以执行事务提交操作。然后开始等待参与者的响应。
（2）各参与者向协调者进行响应反馈（并不是执行） ，参与者接到CanCommit请求之后，认为是正常的，可以顺利执行事务，则返回Yes响应，并进入预备状态。否则反馈No

1.2能否提交阶段失败情况

2. PreCommit阶段

根据参与者的反馈结果，协调者来决定是否可以继续事务的PreCommit操作。有以下两种情况。

2.1成功执行预提交

协调者从每个参与者获得的反馈都是Yes响应，就会执行事务的预执行。
1.发送预提交请求 ，协调者向每个参与者发送PreCommit请求。
2.事务预提交 ，参与者接收到PreCommit请求后，会执行事务操作，并将undo和redo信息记录到事务日志中。
3.响应反馈 ，参与者成功的执行了事务操作，并将ACK响应返回，同时开始等待最终指令。

2.2失败中断

有任何一个参与者向协调者发送了No响应，或者等待超时之后，协调者都没有接到参与者的响应，就执行事务的中断。
1.发送中断请求， 协调者向每个参与者发送abort请求。
2.中断事务 ，参与者收到来自协调者的abort请求之后（或超时之后，仍未收到协调者的请求），执行事务的中断。

2.3准备提交阶段失败

3. doCommit阶段

当预提交成功执行后，也有两种情况。

3.1 成功执行提交

（1）发送提交请求， 协调接收到参与者发送的ACK响应，从预提交状态进入到提交状态。并向每个参与者发送doCommit请求。
（2）事务提交， 参与者接收到doCommit请求之后，正式执行事务提交。并在完成事务提交之后释放所有事务资源。
（3）响应反馈 ，事务提交完之后，向协调者发送Ack响应。
（4）完成事务， 协调者接收到每个参与者的ack响应之后，完成事务。

3.2 失败中断事务

协调者没有接收到参与者发送的ACK响应（可能是接受者发送的不是ACK响应，也可能响应超时），那么就会执行中断事务。
（1）发送中断请求， 协调者向每个参与者发送abort请求
（2）事务回滚 ，每个参与者接收到abort请求之后，利用PreCommit记录的undo信息来执行事务的回滚操作，并在完成回滚之后释放所有的事务资源。
（3）反馈结果, 参与者完成事务回滚之后，向协调者发送ACK响应
（4）中断事务 ,协调者接收到参与者反馈的ACK消息之后，执行事务的中断。

总结

对于2PC来说，3PC有以下好处：

（1）3PC减少了资源的使用，因为在CanCommit阶段,并没有进行真正执行事务。

（2）3PC减少了数据不一致的发生概率，因为在CanCommit阶段,并没有进行真正执行事务，即使失败也不会影响数据

但是缺点也很明显：

（1）2个阶段，变成3个阶段后，实际的实现更加复杂。

（2）2PC存在的协调者出现问题的话，导致阻塞与数据不一致，3PC仍然存在,只是概率小了一点