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  • 160721、多库多事务降低数据不一致概率

    一、案例缘起

    我们经常使用事务来保证数据库层面数据的ACID特性。

    举个栗子,用户下了一个订单,需要修改余额表,订单表,流水表,于是会有类似的伪代码:

    start transaction;

             CURDtable t_account;  any Exception rollback;

             CURDtable t_order;       any Exceptionrollback;

             CURDtable t_flow;         any Exceptionrollback;

    commit;

    如果对余额表,订单表,流水表的SQL操作全部成功,则全部提交,如果任何一个出现问题,则全部回滚,以保证数据的一致性。

    互联网的业务特点,数据量较大,并发量较大,经常使用拆库的方式提升系统的性能。如果进行了拆库,余额、订单、流水可能分布在不同的数据库上,甚至不同的数据库实例上,此时就不能用事务来保证数据的一致性了。这种情况下如何保证数据的一致性,是今天要讨论的话题。

    二、补偿事务

    补偿事务是一种在业务端实施业务逆向操作事务,来保证业务数据一致性的方式。

    举个栗子,修改余额表事务为

    int Do_AccountT(uid, money){

    start transaction;

             //余额改变money这么多

             CURDtable t_account with money;       anyException rollback return NO;

    commit;

    return YES;

    }

    那么补偿事务可以是:

    int Compensate_AccountT(uid, money){

             //做一个money的反向操作

             returnDo_AccountT(uid, -1*money){

    }

    同理,订单表操作为

    Do_OrderT,新增一个订单

    Compensate_OrderT,删除一个订单

    要保重余额与订单的一致性,可能要写这样的代码:

    // 执行第一个事务

    int flag = Do_AccountT();

    if(flag=YES){

             //第一个事务成功,则执行第二个事务

             flag= Do_OrderT();

             if(flag=YES){

                      // 第二个事务成功,则成功

                       returnYES;

    }

    else{

             // 第二个事务失败,执行第一个事务的补偿事务

             Compensate_AccountT();

    }

    }

    该方案的不足是:

    (1)不同的业务要写不同的补偿事务,不具备通用性

    (2)没有考虑补偿事务的失败

    (3)如果业务流程很复杂,if/else会嵌套非常多层

    例如,如果上面的例子加上流水表的修改,加上Do_FlowT和Compensate_FlowT,可能会变成一个这样的if/else:

    // 执行第一个事务

    int flag = Do_AccountT();

    if(flag=YES){

             //第一个事务成功,则执行第二个事务

             flag= Do_OrderT();

             if(flag=YES){

                      // 第二个事务成功,则执行第三个事务

                       flag= Do_FlowT();

                       if(flag=YES){

                                //第三个事务成功,则成功

                                returnYES;

    }

    else{

             // 第三个事务失败,则执行第二、第一个事务的补偿事务

             flag =Compensate_OrderT();

             if … else … // 补偿事务执行失败?

                      flag= Compensate_AccountT();

                       if … else … // 补偿事务执行失败?

    }

    }

    else{

             // 第二个事务失败,执行第一个事务的补偿事务

             Compensate_AccountT();

             if … else … // 补偿事务执行失败?

    }

    }

    三、事务拆分分析与后置提交优化

    单库是用这样一个大事务保证一致性:

    start transaction;

             CURDtable t_account;  any Exception rollback;

             CURDtable t_order;       any Exceptionrollback;

             CURDtable t_flow;         any Exceptionrollback;

    commit;

    拆分成了多个库,大事务会变成三个小事务:

    start transaction1;

             //第一个库事务执行

             CURDtable t_account;  any Exception rollback;

             …

    // 第一个库事务提交

    commit1;

    start transaction2;

             //第二个库事务执行

             CURDtable t_order;       any Exceptionrollback;

             …

    // 第二个库事务提交

    commit2;

    start transaction3;

             //第三个库事务执行

             CURDtable t_flow;         any Exceptionrollback;

             …

    // 第三个库事务提交

    commit3;

    一个事务,分成执行与提交两个阶段,执行的时间其实是很长的,而commit的执行其实是很快的,于是整个执行过程的时间轴如下:


    第一个事务执行200ms,提交1ms;

    第二个事务执行120ms,提交1ms;

    第三个事务执行80ms,提交1ms;

    那在什么时候系统出现问题,会出现不一致呢?

    回答:第一个事务成功提交之后,最后一个事务成功提交之前,如果出现问题(例如服务器重启,数据库异常等),都可能导致数据不一致。


     

    如果改变事务执行与提交的时序,变成事务先执行,最后一起提交,情况会变成什么样呢:


    第一个事务执行200ms;

    第二个事务执行120ms;

    第三个事务执行80ms;

    第一个事务执行1ms;

    第二个事务执行1ms;

    第三个事务执行1ms;

    那在什么时候系统出现问题,会出现不一致呢?

    问题的答案与之前相同:第一个事务成功提交之后,最后一个事务成功提交之前,如果出现问题(例如服务器重启,数据库异常等),都可能导致数据不一致。


     

    这个变化的意义是什么呢?

    方案一总执行时间是303ms,最后202ms内出现异常都可能导致不一致;

    方案二总执行时间也是303ms,但最后2ms内出现异常才会导致不一致;

    虽然没有彻底解决数据的一致性问题,但不一致出现的概率大大降低了!

    事务提交后置降低了数据不一致的出现概率,会带来什么副作用呢?

    回答:事务提交时会释放数据库的连接,第一种方案,第一个库事务提交,数据库连接就释放了,后置事务提交的方案,所有库的连接,要等到所有事务执行完才释放。这就意味着,数据库连接占用的时间增长了,系统整体的吞吐量降低了。

    四、总结

    trx1.exec();

    trx1.commit();

    trx2.exec();

    trx2.commit();

    trx3.exec();

    trx3.commit();

    优化为:

    trx1.exec();

    trx2.exec();

    trx3.exec();

    trx1.commit();

    trx2.commit();

    trx3.commit();

    这个小小的改动(改动成本极低),不能彻底解决多库分布式事务数据一致性问题,但能大大降低数据不一致的概率,带来的副作用是数据库连接占用时间会增长,吞吐量会降低。对于一致性与吞吐量的折衷,还需要业务架构师谨慎权衡折衷。

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