分布式---二阶段提交(2PC)、三阶段提交(3PC)

参考文献:《从Paxos到Zookeeper分布式一致性原理与实践》

2PC（Two Phase Commit）：

　　二阶段提交(Two-phaseCommit)是指，在计算机网络以及数据库领域内，为了使基于分布式系统架构下的所有节点在进行事务提交时保持原子性和一致性而设计的一种算法。

　　通常，二阶段提交也被称为是一种一致性协议。

　　大部分关系型数据库都是采用二阶段提交协议来完成分布式事务处理的。

阶段一：提交事务请求（投票阶段）

　　协调者节点向所有参与者节点询问是否可以执行提交操作(vote)，并开始等待各参与者节点的响应。

　　参与者节点执行询问发起为止的所有事务操作，并将Undo信息和Redo信息写入日志。

　　各参与者节点响应协调者节点发起的询问。如果参与者节点的事务操作实际执行成功，则它返回一个“YES”消息；如果参与者节点的事务操作实际执行失败，则它返回一个"NO”消息。

阶段二：执行事务请求（执行阶段）

分为以下两种情况：

当协调者节点从所有参与者节点获得的相应消息都为“YES”时:，执行事物提交：

　　协调者节点向所有参与者节点发出”正式提交(commit)”的请求。

　　参与者节点接受到COMMIT请求后正式完成操作，并释放在整个事务期间内占用的资源。

　　参与者节点向协调者节点发送"ACK”消息。

　　协调者节点受到所有参与者节点反馈的"ACK”消息后，完成事务。

如果任一参与者节点在第一阶段返回的响应消息为“NO”，或者 协调者节点在第一阶段的询问超时之前无法获取所有参与者节点的响应消息时,那么就会中断事务：

　　协调者节点向所有参与者节点发出”回滚操作(rollback)”的请求。

　　参与者节点利用之前写入的Undo信息执行回滚，并释放在整个事务期间内占用的资源。

　　参与者节点向协调者节点发送"ACK”消息。

　　协调者节点受到所有参与者节点反馈的"ACK”消息后，完成事务中断。

优点：原理简单，实现方便。

缺点：

　　同步阻塞问题：执行过程中，所有参与节点都是事务阻塞型的。当参与者占有公共资源时，其他第三方节点访问公共资源不得不处于阻塞状态。

　　单点故障：由于协调者的重要性，一旦协调者发生故障。参与者会一直阻塞下去。尤其在第二阶段，协调者发生故障，那么所有的参与者还都处于锁定事务资源的状态中，而无法继续完成事务操作。

　　数据不一致：在二阶段提交的阶段二中，当协调者向参与者发送commit请求之后，发生了局部网络异常或者在发送commit请求过程中协调者发生了故障，这回导致只有一部分参与者接受到了commit请求。而在这部分参与者接到commit请求之后就会执行commit操作。但是其他部分未接到commit请求的机器则无法执行事务提交。于是整个分布式系统便出现了数据部一致性的现象。

　　太过保守：二阶段提交缺乏较为完善的容错机制，任意一个节点的失败导致整个事务的失败。

3PC（Three Phase Commit）：

阶段一：CanCommit阶段

　　协调者向参与者发送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。

　　参与者接到CanCommit请求之后，正常情况下，如果其自身认为可以顺利执行事务，则返回Yes响应，并进入预备状态。否则反馈No

阶段二：PreCommit阶段

有以下两种可能：

假如协调者从所有的参与者获得的反馈都是Yes响应，那么就会执行事务的预执行：

　　发送预提交请求协调者向参与者发送PreCommit请求，并进入Prepared阶段。

　　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。

　　响应反馈如果参与者成功的执行了事务操作，则返回ACK响应，同时开始等待最终指令。

假如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，那么就执行事务的中断：

　　发送中断请求协调者向所有参与者发送abort请求。

　　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。

阶段三：doCommit阶段

分为以下两种情况：

执行提交

　　发送提交请求协调接收到参与者发送的ACK响应，那么他将从预提交状态进入到提交状态。并向所有参与者发送doCommit请求。

　　事务提交参与者接收到doCommit请求之后，执行正式的事务提交。并在完成事务提交之后释放所有事务资源。

　　响应反馈事务提交完之后，向协调者发送Ack响应。

　　完成事务协调者接收到所有参与者的ack响应之后，完成事务。

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。

　　发送中断请求协调者向所有参与者发送abort请求

　　事务回滚参与者接收到abort请求之后，利用其在阶段二记录的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。

　　反馈结果参与者完成事务回滚之后，向协调者发送ACK消息

　　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。

阶段三，可能会出现：

　　协调者出现问题，协调者和参与者网络出现故障。

　　无论哪种异常都会导致参与者无法及时接收到来自协调者的doCommit或者rebort请求时，参与者会在等待超时之后，会继续进行事务的提交。

　　此时可能会有疑问，为什么超时了还要commit,不应该是rollback? 因为进入第三阶段时，说明参与者在第二阶段已经收到了PreCommit请求，意味它知道大家其实都同意修改了。当进入第三阶段时，由于网络超时等原因，虽然参与者没有收到commit或者abort响应，但是此时成功提交的几率很大，所以会执行commit。

优缺点：

　　优点：3PC主要解决的单点故障问题，并减少阻塞范围，因为一旦参与者无法及时收到来自协调者的信息之后，他会默认执行commit。而不会一直持有事务资源并处于阻塞状态。

　　缺点：引入新问题，如果出现网络分区，协调者发送的abort响应没有及时被参与者接收到，那么参与者在等待超时之后执行了commit操作。这样就和其他接到abort命令并执行回滚的参与者之间存在数据不一致的情况。