Fescar源碼學習--鎖設計和隔離級別的理解

Fescar全局鎖的理解

前幾天夜裏，我老大發我一篇文章說阿里的GTS開源了.
因爲一直對分佈式事務比較感興趣。立馬pull了代碼，進行閱讀。
基本的原理，實現方案我就不一一細化了，詳細見官方文檔（寫的很棒，點贊）。 

在fescar的社區，大家比較關注的是通過fescar回滾到before快照前，別的線程假如更新了數據，且業務走完了，那麼恢復的這個快照不就是髒數據了麼。
很顯然，這種情況在fescar中是不被允許的。

那麼fescar是如何做的呢？

我們先簡單瞭解一下fescar的設計原理

那些一上來就喜歡看源碼的同學，一定不要錯過這麼官方的圖文介紹，看完再讀源碼事半功倍.

Fescar官方介紹

瞭解完Fescar的基本原理，我們重點關注下Fescar的全局排他鎖

Fescar設計了一個**全局的排他鎖**，來保證事務間的 **寫隔離**。

關於隔離性：（這是Fescar官方給的一段話）

全局事務的隔離性是建立在分支事務的本地隔離級別基礎之上的。

在數據庫本地隔離級別  **讀已提交或以上** 的前提下，Fescar 設計了由事務協調器維護的 全局寫排他鎖，來保證事務間的 寫隔離，將 **全局事務默認定義在 讀未提交 的隔離級別上**。

我們對隔離級別的共識是：絕大部分應用在讀已提交的隔離級別下工作是沒有問題的。而實際上，這當中又有絕大多數的應用場景，實際上工作在讀未提交的隔離級別下同樣沒有問題。

在極端場景下，應用如果需要達到全局的讀已提交，Fescar也提供了相應的機制來達到目的。
默認，Fescar 是工作在 讀無提交 的隔離級別下，保證絕大多數場景的高效性。

我的解讀

本地事務【讀已提交】，fescar全局事務【讀未提交】。這是這段話的核心。
我理解的這段話中fescar全局事務讀未提交，並不是說本地事務的db數據沒有正常提交，而是指全局事務二階段commit|rollback未真正處理完（即未釋放全局鎖）。

總結來說：全局未提交但是本地已提交的數據，對其他全局事務是可見的【當然在本地事務提交後，本地事務提交前，隔離級別是本地事務的管轄範圍】

for example
產品份額有5W，A用戶購買了2萬，份額branch一階段完畢（本地事務份額已經扣除commit），但是在下單的時候異常了。
因爲本地事務讀已提交，這時候fescar允許業務訪問該條數據，3W，在A用戶的份額branch未回滾成功前，對其他用戶可見。
但是其他用戶並不能買該產品，必須等到產品份額回滾到5萬，其他用戶纔可以操作產品數據。

所以看了這個例子 真的有必要做到全局事務讀已提交麼？

我們先來看一下Fescar的全局鎖的做法

Fescar一階段

1. 本地（Branch）在向TC註冊的時候，把本地事務需要修改的數據table+pks提交到server端申請鎖，拿到全局鎖後，才能提交本地事務
2. 全局鎖的結構：resourceId + table + pks
3. 鎖是存在server端 branchSession中

Fescar二階段

一階段本地事務提交，db的鎖釋放了（for update鎖），但是全局鎖繼續保持，
直到二階段決議(注意釋放鎖的順序)：
1. 提交：TC 釋放鎖,通知branch提交後 (rm端異步處理)
2. 回滾：TC 通知branch回滾後,釋放鎖（rm端同步處理 執行undo_log）

Fescar如何保障鎖的高效？

大家自己先思考下，最後給大家仔細解讀官方的demo，並分析fescar的性能問題

Fescar目前開源版本全局鎖的實現

大家有興趣自己閱讀:com.alibaba.fescar.server.lock.DefaultLockManagerImpl

官方的圖實在是做的太漂亮了，clone一份解讀 TC TM RM 以及全局鎖的獲取和釋放動作發生點

分支事務如何工作？關注全局鎖的獲取和釋放 特別是二階段commit和rollback全局鎖釋放的順序

ATBranch.png

Fescar中 RM TM TC如何工作的？

AT distribute transaction.png

看了這兩張圖，大家應該對fescar是如何工作的應該有一個大致的瞭解了。☺
1、全局鎖的獲取
2、tm tc rm之間如何通信工作
3、隔離級別問題的思考

最後我們來解讀一遍官方的demo

• branch1：update storage_tbl set count = count - ? where commodity_code = ?
• branch2：update account_tbl set money = money - ? where user_id = ?
• branch3：insert into order_tbl (user_id, commodity_code, count, money) values (?, ?, ?, ?)

1. 線程A：執行branch1（pk：55），執行branch2的時候發現沒錢了，扔了一個異常，那麼勢必需要回滾branch1的份額。

   • TM通知TC開始回滾branch1份額中

2. 線程B：執行branch1（pk：55）

   • 如果線程A中branch1（pk：55）已經回滾成功了，那麼B線程可以正常拿到鎖走下去
   • 如果線程A中branch1還未回滾（resourceId+table+pk鎖未釋放）。當線程B發起branch1向server發起申請鎖，會直接失敗。

Fescar全局鎖簡單總結：操作一條記錄的分支事務，必須等待這條記錄的前一個分支事務執行結束（具體commit rollback情況分析如下），才能持有鎖。

其實相比XA的鎖，fescar在每個分支事務的一階段結束後都釋放了db的鎖，所以fescar的性能瓶頸應該在於二階段的執行速度（釋放鎖的快慢）

因爲分佈式事務在執行事務編排前，一般會校驗業務的正確性，所以發生回滾的概率相對較低，所以先考慮二階段commit操作。

1. Commit場景分析：

    TM通知server進行commit，server立馬釋 branch的鎖，然後再逐個通知RM提交
    消耗：1 rpc操作，（branch刪除undo_log放在異步隊列裏面做）
   

2. Rollback場景分析：

    TM通知server進行rollback，server通知RM回滾後立馬釋放 branch的鎖。
    消耗：1 + N的rpc操作 + N的回滾sql操作
   

所以總的來看fescar在commit的釋放全局鎖還是非常高效的。

思考

1. server支持多臺機器部署，應該如何改造？

    全局鎖的問題，鎖改造；
    全局事務向server0申請的，Branch1發到server1，branch2發到server2的問題，多機器恢復的情況，TC的改造

2. 全局鎖在Fescar中更新確實是沒有問題的，但是如果就是業務方需要手動調整DB數據呢？

    大膽猜測，依賴Fescar寫了一個管理平臺 用來執行sql的。哈哈

3. 隔離級別的思考
    Fescar默認工作在，本地事務讀已提交，全局事務讀未提交。
    是否存在全局事務必須工作在【讀已提交】級別而不能工作在【讀未提交】的業務場景呢？
    大家大膽腦洞 這個問題值得探討。

4. Fescar的文檔中說，是支持全局事務讀已提交的，那麼fescar是如何實現的呢？

   感興趣的同學可以試着讀一下com.alibaba.fescar.rm.datasource.exec.SelectForUpdateExecutor

源碼核心類

大家想讀源碼的話，可以重點關注一下幾個類。有問題一起探討。

TM相關
com.alibaba.fescar.tm.api.TransactionalTemplate

RM相關
com.alibaba.fescar.rm.datasource.exec.SelectForUpdateExecutor
com.alibaba.fescar.rm.datasource.ConnectionProxy
com.alibaba.fescar.rm.datasource.exec.AbstractDMLBaseExecutor
com.alibaba.fescar.rm.RMHandlerAT

TC相關
com.alibaba.fescar.server.coordinator.DefaultCoordinator
com.alibaba.fescar.server.coordinator.DefaultCore
com.alibaba.fescar.server.lock.DefaultLockManagerImpl

• Github：https://github.com/alibaba/fescar
• Fescar官方介紹：https://github.com/alibaba/fescar/wiki/Home_Chinese

作者：陽雨人
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來源：簡書
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