系統(tǒng)分布式情況下最終一致性方案梳理

1、系統(tǒng)分布式情況下最終一致性方案梳理本文章來自于阿里云云棲社區(qū)摘要： 前言 目前的應(yīng)用系統(tǒng)，不管是企業(yè)級(jí)應(yīng)用還是互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，最終數(shù)據(jù)的一致性是每個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)都要面臨的問題，隨著分布式的逐漸普及，數(shù)據(jù)一致性更加艱難，但是也很難有銀彈的解決方案，也并不是引入特定的中間件或者特定的開源框架能夠解決的，更多的還是看業(yè)務(wù)場(chǎng)景，根據(jù)場(chǎng)景來給出解決方案。前言目前的應(yīng)用系統(tǒng)，不管是企業(yè)級(jí)應(yīng)用還是互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，最終數(shù)據(jù)的一致性是每個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)都要面臨的問題，隨著分布式的逐漸普及，數(shù)據(jù)一致性更加艱難，但是也很難有銀彈的解決方案，也并不是引入特定的中間件或者特定的開源框架能夠解決的，更多的還是看業(yè)務(wù)場(chǎng)景，根據(jù)場(chǎng)景

2、來給出解決方案。根據(jù)筆者最近幾年的了解，總結(jié)了幾個(gè)點(diǎn)，更多的應(yīng)用系統(tǒng)在編碼的時(shí)候，更加關(guān)注數(shù)據(jù)的一致性，這樣系統(tǒng)才是健壯的?；A(chǔ)理論相關(guān)說起事務(wù)，目前的幾個(gè)理論，ACID事務(wù)特性，CAP分布式理論，以及BASE等，ACID在數(shù)據(jù)庫(kù)事務(wù)中體現(xiàn)，CAP和BASE則是分布式事務(wù)的理論，結(jié)合業(yè)務(wù)系統(tǒng)，例如訂單管理，例如倉(cāng)儲(chǔ)管理等，可以借鑒這些理論，從而解決問題。· ACID 特性o A（原子性）事務(wù)的原子操作單元，對(duì)數(shù)據(jù)的修改，要么全部執(zhí)行，要么全部不執(zhí)行；o C（一致性）在事務(wù)開始和完成時(shí)，數(shù)據(jù)必須保持一致狀態(tài)，相關(guān)的數(shù)據(jù)規(guī)則必須應(yīng)用于事務(wù)的修改，以保證數(shù)據(jù)的完整性，事務(wù)結(jié)束時(shí)，所有的內(nèi)部

3、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)必須正確；o I（隔離性）保證事務(wù)不受外部并發(fā)操作的獨(dú)立環(huán)境執(zhí)行；o D（持久性）事務(wù)完成之后，對(duì)于數(shù)據(jù)的修改是永久的，即使系統(tǒng)出現(xiàn)故障也能夠保持；· CAPo C（一致性）一致性是指數(shù)據(jù)的原子性，在經(jīng)典的數(shù)據(jù)庫(kù)中通過事務(wù)來保障，事務(wù)完成時(shí)，無論成功或回滾，數(shù)據(jù)都會(huì)處于一致的狀態(tài)，在分布式環(huán)境下，一致性是指多個(gè)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)是否一致；o A（可用性）服務(wù)一直保持可用的狀態(tài)，當(dāng)用戶發(fā)出一個(gè)請(qǐng)求，服務(wù)能在一定的時(shí)間內(nèi)返回結(jié)果；o P（分區(qū)容忍性）在分布式應(yīng)用中，可能因?yàn)橐恍┓植际降脑驅(qū)е孪到y(tǒng)無法運(yùn)轉(zhuǎn)，好的分區(qū)容忍性，使應(yīng)用雖然是一個(gè)分布式系統(tǒng)，但是好像一個(gè)可以正常運(yùn)轉(zhuǎn)的整體·

4、; BASEo BA: Basic Availability 基本業(yè)務(wù)可用性；o S: Soft state 柔性狀態(tài)；o E: Eventual consistency 最終一致性；最終一致性的幾種做法單數(shù)據(jù)庫(kù)情況下的事務(wù)如果應(yīng)用系統(tǒng)是單一的數(shù)據(jù)庫(kù)，那么這個(gè)很好保證，利用數(shù)據(jù)庫(kù)的事務(wù)特性來滿足事務(wù)的一致性，這時(shí)候的一致性是強(qiáng)一致性的。對(duì)于java應(yīng)用系統(tǒng)來講，很少直接通過事務(wù)的start和commit以及rollback來硬編碼，大多通過spring的事務(wù)模板或者聲明式事務(wù)來保證?；谑聞?wù)型消息隊(duì)列的最終一致性借助消息隊(duì)列，在處理業(yè)務(wù)邏輯的地方，發(fā)送消息，業(yè)務(wù)邏輯處理成功后，提交消息，確保消

5、息是發(fā)送成功的，之后消息隊(duì)列投遞來進(jìn)行處理，如果成功，則結(jié)束，如果沒有成功，則重試，直到成功，不過僅僅適用業(yè)務(wù)邏輯中，第一階段成功，第二階段必須成功的場(chǎng)景。對(duì)應(yīng)上圖中的C流程。基于消息隊(duì)列+定時(shí)補(bǔ)償機(jī)制的最終一致性前面部分和上面基于事務(wù)型消息的隊(duì)列，不同的是，第二階段重試的地方，不再是消息中間件自身的重試邏輯了，而是單獨(dú)的補(bǔ)償任務(wù)機(jī)制。其實(shí)在大多數(shù)的邏輯中，第二階段失敗的概率比較小，所以單獨(dú)獨(dú)立補(bǔ)償任務(wù)表出來，可以更加清晰，能夠比較明確的直到當(dāng)前多少任務(wù)是失敗的。對(duì)應(yīng)上圖的E流程。業(yè)務(wù)系統(tǒng)業(yè)務(wù)邏輯的commit/rollback機(jī)制這一點(diǎn)說的話確實(shí)不難，commit和rollback是數(shù)據(jù)庫(kù)事

6、務(wù)中的比較典型的概念，但是在系統(tǒng)分布式情況下，需要業(yè)務(wù)代碼中實(shí)現(xiàn)這種，成功了commit，失敗了rollback。業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)的冪等性控制為啥要做冪等呢？ 原因很簡(jiǎn)單，在系統(tǒng)調(diào)用沒有達(dá)到期望的結(jié)果后，會(huì)重試。那重試就會(huì)面臨問題，重試之后不能給業(yè)務(wù)邏輯帶來影響，例如創(chuàng)建訂單，第一次調(diào)用超時(shí)了，但是調(diào)用的系統(tǒng)不知道超時(shí)了是成功了還是失敗了，然后他就重試，但是實(shí)際上第一次調(diào)用訂單創(chuàng)建是成功了的，這時(shí)候重試了，顯然不能再創(chuàng)建訂單了。· 查詢查詢的API，可以說是天然的冪等性，因?yàn)槟悴樵円淮魏筒樵儍纱危瑢?duì)于系統(tǒng)來講，沒有任何數(shù)據(jù)的變更，所以，查詢一次和查詢多次一樣的。· MVCC方案

7、多版本并發(fā)控制，update with condition，更新帶條件，這也是在系統(tǒng)設(shè)計(jì)的時(shí)候，合理的選擇樂觀鎖，通過version或者其他條件，來做樂觀鎖，這樣保證更新及時(shí)在并發(fā)的情況下，也不會(huì)有太大的問題。例如update table_xxx set name=#name#,version=version+1 where version=#version# ,或者是 update table_xxx set quality=quality-#subQuality# where quality-#subQuality# >= 0 。· 單獨(dú)的去重表如果涉及到的去重的地方特別多

8、，例如ERP系統(tǒng)中有各種各樣的業(yè)務(wù)單據(jù)，每一種業(yè)務(wù)單據(jù)都需要去重，這時(shí)候，可以單獨(dú)搞一張去重表，在插入數(shù)據(jù)的時(shí)候，插入去重表，利用數(shù)據(jù)庫(kù)的唯一索引特性，保證唯一的邏輯。· 分布式鎖還是拿插入數(shù)據(jù)的例子，如果是分布是系統(tǒng)，構(gòu)建唯一索引比較困難，例如唯一性的字段沒法確定，這時(shí)候可以引入分布式鎖，通過第三方的系統(tǒng)，在業(yè)務(wù)系統(tǒng)插入數(shù)據(jù)或者更新數(shù)據(jù)，獲取分布式鎖，然后做操作，之后釋放鎖，這樣其實(shí)是把多線程并發(fā)的鎖的思路，引入多多個(gè)系統(tǒng)，也就是分布式系統(tǒng)中得解決思路。· 刪除數(shù)據(jù)刪除數(shù)據(jù)，僅僅第一次刪除是真正的操作數(shù)據(jù)，第二次甚至第三次刪除，直接返回成功，這樣保證了冪等。·

9、插入數(shù)據(jù)的唯一索引插入數(shù)據(jù)的唯一性，可以通過業(yè)務(wù)主鍵來進(jìn)行約束，例如一個(gè)特定的業(yè)務(wù)場(chǎng)景，三個(gè)字段肯定確定唯一性，那么，可以在數(shù)據(jù)庫(kù)表添加唯一索引來進(jìn)行標(biāo)示。· API層面的冪等這里有一個(gè)場(chǎng)景，API層面的冪等，例如提交數(shù)據(jù)，如何控制重復(fù)提交，這里可以在提交數(shù)據(jù)的form表單或者客戶端軟件，增加一個(gè)唯一標(biāo)示，然后服務(wù)端，根據(jù)這個(gè)UUID來進(jìn)行去重，這樣就能比較好的做到API層面的唯一標(biāo)示。· 狀態(tài)機(jī)冪等在設(shè)計(jì)單據(jù)相關(guān)的業(yè)務(wù)，或者是任務(wù)相關(guān)的業(yè)務(wù)，肯定會(huì)涉及到狀態(tài)機(jī)，就是業(yè)務(wù)單據(jù)上面有個(gè)狀態(tài)，狀態(tài)在不同的情況下會(huì)發(fā)生變更，一般情況下存在有限狀態(tài)機(jī)，這時(shí)候，如果狀態(tài)機(jī)已經(jīng)處于下一

10、個(gè)狀態(tài)，這時(shí)候來了一個(gè)上一個(gè)狀態(tài)的變更，理論上是不能夠變更的，這樣的話，保證了有限狀態(tài)機(jī)的冪等。異步回調(diào)機(jī)制的引入A應(yīng)用調(diào)用B，在同步調(diào)用的返回結(jié)果中，B返回成功給到A，一般情況下，這時(shí)候就結(jié)束了，其實(shí)在99.99%的情況是沒問題的，但是有時(shí)候?yàn)榱舜_保100%，記住最起碼在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中100%，這時(shí)候B系統(tǒng)再回調(diào)A一下，告訴A，你調(diào)用我的邏輯，確實(shí)成功了。其實(shí)這個(gè)邏輯，非常類似TCP協(xié)議中的三次握手。上圖中的B流程。類似double check機(jī)制的確認(rèn)機(jī)制還是上圖中異步回調(diào)的過程，A在同步調(diào)用B，B返回成功了。這次調(diào)用結(jié)束了，但是A為了確保，在過一段時(shí)間，這個(gè)時(shí)間可以是幾秒，也可以是每天定時(shí)處理，再調(diào)用B一次，查