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3PCThree-Phase Commit是一种分布式系统中用于实现事务一致性的协议它是在2PCTwo-Phase Commit的基础上发展而来旨在解决2PC的一些缺点。与2PC的两个阶段准备和提交相比3PC引入了一个额外的阶段即预提交阶段。
三个阶段
以下是3PC的三个阶段
CanCommit准备阶段 在这个阶段协调者向所有的事务参与者询问是否可以提交事务。每个参与者要么发送“同意”消息表示可以提交要么发送“中止”消息表示不能提交。 PreCommit预提交阶段 如果所有的参与者都发送了“同意”消息协调者将向所有的参与者发送“预提交”消息通知它们准备提交事务。参与者会在本地执行预提交操作但是还不会真正提交。 DoCommit提交阶段 如果在预提交阶段没有发生错误协调者将向所有的参与者发送“提交”消息要求它们最终提交事务。如果有任何参与者在预提交阶段发生了错误协调者将发送“中止”消息要求所有的参与者回滚事务。
为什么引入3PC?
引入3PC的主要目的是为了解决2PC的阻塞问题。在2PC中如果在准备阶段有一个参与者不能提交整个系统就会被阻塞无法继续事务的提交。3PC通过引入预提交阶段使得即使在准备阶段有参与者不能提交系统仍然能够继续前进提高了系统的可用性和容错性。尽管3PC并不能完全解决所有的分布式系统问题但相对于2PC来说它是一种更为灵活和容忍性更强的协议。
和2PC的区别
阶数不同2PC有两个阶段准备阶段和提交阶段而3PC引入了额外的预提交阶段协议包括准备阶段、预提交阶段和提交阶段。阻塞问题2PC存在阻塞问题即在准备阶段有任何参与者不能提交那么整个系统可能被阻塞3PC通过引入预提交阶段尝试解决整个问题在与提交阶段协调者通知参与者可以准备提交但尚未真正提交从而在出现问题时能够更好的处理。协议设计2PC是一种悲观锁协议一旦准备开始就要所有节点都能提交而3PC更加乐观在CanCommit阶段只是询问参与者是否可以提交但并未要求确保一定会提交。一致性级别2PC要求强一致性要么全部提交要么全部回滚3PC也最求强一致性但更具容忍性。
3PC存在的问题
阻塞问题的根本为解决通过预提交阶段减轻了一些阻塞问题但是在网络分区或者节点故障的情况下仍然可能导致无法得知参与者状态无法继续事务的提交。性能开销引入了与提交可能带来性能上的开销。复杂性引入预提交增加了协议的复杂性在实现和维护上相对于其他协议可能更加复杂。
CanCommit阶段返回“同意”后发生故障系统该如何处理
超时和重试 协调者可以设置一个超时时间在等待参与者的响应时启动。如果超过超时时间仍未收到参与者的确认可以选择进行重试。这样可以尽量处理一些短暂的故障。
等待参与者恢复 如果参与者发生故障系统可以等待参与者自行恢复。一旦参与者恢复可以重新尝试进行CanCommit阶段。
中止事务 如果参与者在CanCommit阶段返回“同意”后发生故障系统可以选择中止整个事务。协调者向所有参与者发送“中止”消息要求它们回滚事务。这确保了事务的一致性但可能会引入一些性能开销和数据的不一致性。
补偿性操作 如果系统允许可以设计一些补偿性操作用于处理在CanCommit阶段后参与者发生故障的情况。通过执行适当的补偿性操作可以尽量还原到一个一致的状态。
日志和持久化 在CanCommit阶段执行本地操作之前参与者可以将CanCommit阶段的信息持久化到本地日志中。即使参与者在CanCommit阶段后发生故障通过日志信息系统可以在参与者恢复后进行一些补救性操作。
人工介入 在一些特殊情况下可能需要人工介入来处理CanCommit阶段后参与者发生故障的问题。这可能包括系统管理员的手动操作以确保系统的一致性和正常运行。
