分布式事务 TCC-Transaction 源码解析 —— 事务存储器

本文主要基于 TCC-Transaction 1.2.3.3 正式版

  • 1. 概述

  • 2. 序列化

    • 2.1 JDK 序列化实现

    • 2.2 Kyro 序列化实现

    • 2.3 JSON 序列化实现

  • 3. 存储器

    • 3.1 可缓存的事务存储器抽象类

    • 3.2 JDBC 事务存储器

    • 3.3 Redis 事务存储器

    • 3.4 Zookeeper 事务存储器

    • 3.5 File 事务存储器

  • 666. 彩蛋


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1. 概述

本文分享 事务存储器。主要涉及如下 Maven 项目:

  • tcc-transaction-core :tcc-transaction 底层实现。

在 TCC 的过程中,根据应用内存中的事务信息完成整个事务流程。But 实际业务场景中,将事务信息只放在应用内存中是远远不够可靠的。例如:

  1. 应用进程异常崩溃,未完成的事务信息将丢失。

  2. 应用进程集群,当提供远程服务调用时,事务信息需要集群内共享。

  3. 发起事务的应用需要重启部署新版本,因为各种原因,有未完成的事务。

因此,TCC-Transaction 将事务信息添加到内存中的同时,会使用外部存储进行持久化。目前提供四种外部存储:

  • JdbcTransactionRepository,JDBC 事务存储器

  • RedisTransactionRepository,Redis 事务存储器

  • ZooKeeperTransactionRepository,Zookeeper 事务存储器

  • FileSystemTransactionRepository,File 事务存储器

本文涉及到的类关系如下图( 打开大图 ):

分布式事务 TCC-Transaction 源码解析 —— 事务存储器

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ps:笔者假设你已经阅读过《tcc-transaction 官方文档 —— 使用指南1.2.x》。

2. 序列化

在《TCC-Transaction 源码分析 —— TCC 实现》「4. 事务与参与者」,可以看到 Transaction 是一个比较复杂的对象,内嵌 Participant 数组,而 Participant 本身也是复杂的对象,内嵌了更多的其他对象,因此,存储器在持久化 Transaction 时,需要序列化后才能存储。

org.mengyun.tcctransaction.serializer.ObjectSerializer,对象序列化接口。实现代码如下:

public interface ObjectSerializer<T> {

   byte[] serialize(T t);

   T deserialize(byte[] bytes);

}

目前提供 JDK自带序列化 和 Kyro序列化 两种实现。

2.1 JDK 序列化实现

org.mengyun.tcctransaction.serializer.JdkSerializationSerializer,JDK 序列化实现。比较易懂,点击链接直接查看。

TCC-Transaction 使用的默认的序列化

2.2 Kyro 序列化实现

org.mengyun.tcctransaction.serializer.KryoTransactionSerializer,Kyro 序列化实现。比较易懂,点击链接直接查看。

2.3 JSON 序列化实现

JDK 和 Kyro 的序列化实现,肉眼无法直观具体存储事务的信息,你可以通过实现 ObjectSerializer 接口,实现自定义的 JSON 序列化。

3. 存储器

org.mengyun.tcctransaction.TransactionRepository,事务存储器接口。实现代码如下:

public interface TransactionRepository {

   /**
    * 新增事务
    *
    * @param transaction 事务
    * @return 新增数量
    */

   int create(Transaction transaction);

   /**
    * 更新事务
    *
    * @param transaction 事务
    * @return 更新数量
    */

   int update(Transaction transaction);

   /**
    * 删除事务
    *
    * @param transaction 事务
    * @return 删除数量
    */

   int delete(Transaction transaction);

   /**
    * 获取事务
    *
    * @param xid 事务编号
    * @return 事务
    */

   Transaction findByXid(TransactionXid xid);

   /**
    * 获取超过指定时间的事务集合
    *
    * @param date 指定时间
    * @return 事务集合
    */

   List<Transaction> findAllUnmodifiedSince(Date date);
}

不同的存储器通过实现该接口,提供事务的增删改查功能。

3.1 可缓存的事务存储器抽象类

org.mengyun.tcctransaction.repository.CachableTransactionRepository可缓存的事务存储器抽象类,实现增删改查事务时,同时缓存事务信息。在上面类图,我们也可以看到 TCC-Transaction 自带的多种存储器都继承该抽象类。

CachableTransactionRepository 构造方法实现代码如下:

public abstract class CachableTransactionRepository implements TransactionRepository {

   /**
    * 缓存过期时间
    */

   private int expireDuration = 120;
   /**
    * 缓存
    */

   private Cache<Xid, Transaction> transactionXidCompensableTransactionCache;

   public CachableTransactionRepository() {
       transactionXidCompensableTransactionCache = CacheBuilder.newBuilder().expireAfterAccess(expireDuration, TimeUnit.SECONDS).maximumSize(1000).build();
   }
}
  • 使用 Guava Cache 内存缓存事务信息,设置最大缓存个数为 1000 个,缓存过期时间为最后访问时间 120 秒。


#create(...) 实现代码如下:

@Override
public int create(Transaction transaction) {
  int result = doCreate(transaction);
  if (result > 0) {
      putToCache(transaction);
  }
  return result;
}

/**
* 添加到缓存
*
* @param transaction 事务
*/

protected void putToCache(Transaction transaction) {
  transactionXidCompensableTransactionCache.put(transaction.getXid(), transaction);
}

/**
* 新增事务
*
* @param transaction 事务
* @return 新增数量
*/

protected abstract int doCreate(Transaction transaction);
  • 调用 #doCreate(...) 方法,新增事务。新增成功后,调用 #putToCache(...) 方法,添加事务到缓存。

  • #doCreate(...) 为抽象方法,子类实现该方法,提供新增事务功能。


#update(...) 实现代码如下:

@Override
public int update(Transaction transaction) {
  int result = 0;
  try {
      result = doUpdate(transaction);
      if (result > 0) {
          putToCache(transaction);
      } else {
          throw new OptimisticLockException();
      }
  } finally {
      if (result <= 0) { // 更新失败,移除缓存。下次访问,从存储器读取
          removeFromCache(transaction);
      }
  }
  return result;
}

/**
* 移除事务从缓存
*
* @param transaction 事务
*/

protected void removeFromCache(Transaction transaction) {
  transactionXidCompensableTransactionCache.invalidate(transaction.getXid());
}

/**
* 更新事务
*
* @param transaction 事务
* @return 更新数量
*/

protected abstract int doUpdate(Transaction transaction);
  • 调用 #doUpdate(...) 方法,更新事务。

    • 若更新成功后,调用 #putToCache(...) 方法,添加事务到缓存。

    • 若更新失败后,抛出 OptimisticLockException 异常。有两种情况会导致更新失败:(1) 该事务已经被提交,被删除;(2) 乐观锁更新时,缓存的事务的版本号( Transaction.version )和存储器里的事务的版本号不同,更新失败。为什么?在《TCC-Transaction 源码分析 —— 事务恢复》详细解析。更新失败,意味着缓存已经不不一致,调用 #removeFromCache(...) 方法,移除事务从缓存中。

  • #doUpdate(...) 为抽象方法,子类实现该方法,提供更新事务功能。


#delete(...) 实现代码如下:

@Override
public int delete(Transaction transaction) {
  int result;
  try {
      result = doDelete(transaction);
  } finally {
      removeFromCache(transaction);
  }
  return result;
}

/**
* 删除事务
*
* @param transaction 事务
* @return 删除数量
*/

protected abstract int doDelete(Transaction transaction);
  • 调用 #doDelete(...) 方法,删除事务。

  • 调用 #removeFromCache(...) 方法,移除事务从缓存中。

  • #doDelete(...) 为抽象方法,子类实现该方法,提供删除事务功能。


#findByXid(...) 实现代码如下:

@Override
public Transaction findByXid(TransactionXid transactionXid) {
  Transaction transaction = findFromCache(transactionXid);
  if (transaction == null) {
      transaction = doFindOne(transactionXid);
      if (transaction != null) {
          putToCache(transaction);
      }
  }
  return transaction;
}

/**
* 获得事务从缓存中
*
* @param transactionXid 事务编号
* @return 事务
*/

protected Transaction findFromCache(TransactionXid transactionXid) {
  return transactionXidCompensableTransactionCache.getIfPresent(transactionXid);
}

/**
* 查询事务
*
* @param xid 事务编号
* @return 事务
*/

protected abstract Transaction doFindOne(Xid xid);
  • 调用 #findFromCache() 方法,优先从缓存中获取事务。

  • 调用 #doFindOne() 方法,缓存中事务不存在,从存储器中获取。获取到后,调用 #putToCache() 方法,添加事务到缓存中。

  • #doFindOne(...) 为抽象方法,子类实现该方法,提供查询事务功能。


#findAllUnmodifiedSince(...) 实现代码如下:

@Override
public List<Transaction> findAllUnmodifiedSince(Date date) {
  List<Transaction> transactions = doFindAllUnmodifiedSince(date);
  // 添加到缓存
  for (Transaction transaction : transactions) {
      putToCache(transaction);
  }
  return transactions;
}

/**
* 获取超过指定时间的事务集合
*
* @param date 指定时间
* @return 事务集合
*/

protected abstract List<Transaction> doFindAllUnmodifiedSince(Date date);
  • 调用 #findAllUnmodifiedSince(...) 方法,从存储器获取超过指定时间的事务集合。调用 #putToCache(...) 方法,循环事务集合添加到缓存。

  • #doFindAllUnmodifiedSince(...) 为抽象方法,子类实现该方法,提供获取超过指定时间的事务集合功能。

3.2 JDBC 事务存储器

org.mengyun.tcctransaction.repository.JdbcTransactionRepository,JDBC 事务存储器,通过 JDBC 驱动,将 Transaction 存储到 MySQL / Oracle / PostgreSQL / SQLServer 等关系数据库。实现代码如下:

public class JdbcTransactionRepository extends CachableTransactionRepository {

   /**
    * 领域
    */

   private String domain;
   /**
    * 表后缀
    */

   private String tbSuffix;
   /**
    * 数据源
    */

   private DataSource dataSource;
   /**
    * 序列化
    */

   private ObjectSerializer serializer = new JdkSerializationSerializer();
}
  • domain,领域,或者也可以称为模块名,应用名,用于唯一标识一个资源。例如,Maven 模块 xxx-order,我们可以配置该属性为 ORDER

  • tbSuffix,表后缀。默认存储表名为 TCC_TRANSACTION,配置表名后,为 TCC_TRANSACTION${tbSuffix}

  • dataSource,存储数据的数据源。

  • serializer,序列化。当数据库里已经有数据的情况下,不要更换别的序列化,否则会导致反序列化报错。建议:TCC-Transaction 存储时,新增字段,记录序列化的方式。

表结构如下:

CREATE TABLE `TCC_TRANSACTION` (
 `TRANSACTION_ID` int(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT,
 `DOMAIN` varchar(100) DEFAULT NULL,
 `GLOBAL_TX_ID` varbinary(32) NOT NULL,
 `BRANCH_QUALIFIER` varbinary(32) NOT NULL,
 `CONTENT` varbinary(8000) DEFAULT NULL,
 `STATUS` int(11) DEFAULT NULL,
 `TRANSACTION_TYPE` int(11) DEFAULT NULL,
 `RETRIED_COUNT` int(11) DEFAULT NULL,
 `CREATE_TIME` datetime DEFAULT NULL,
 `LAST_UPDATE_TIME` datetime DEFAULT NULL,
 `VERSION` int(11) DEFAULT NULL,
 PRIMARY KEY (`TRANSACTION_ID`),
 UNIQUE KEY `UX_TX_BQ` (`GLOBAL_TX_ID`,`BRANCH_QUALIFIER`)
) ENGINE
=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8
  • TRANSACTION_ID,仅仅数据库自增,无实际用途。

  • CONTENT,Transaction 序列化。

ps:点击链接查看 JdbcTransactionRepository 代码实现,已经添加完整中文注释。

3.3 Redis 事务存储器

org.mengyun.tcctransaction.repository.RedisTransactionRepository,Redis 事务存储器,将 Transaction 存储到 Redis。实现代码如下:

public class RedisTransactionRepository extends CachableTransactionRepository {

   /**
    * Jedis Pool
    */

   private JedisPool jedisPool;
   /**
    * key 前缀
    */

   private String keyPrefix = "TCC:";
   /**
    * 序列化
    */

   private ObjectSerializer serializer = new JdkSerializationSerializer();

}
  • keyPrefix,key 前缀。类似 JdbcTransactionRepository 的 domain 属性。

一个事务存储到 Reids,使用 Redis 的数据结构为 HASHES。

  • key : 使用 keyPrefix + xid,实现代码如下:

    /**
    * 创建事务的 Redis Key
    *
    * @param keyPrefix key 前缀
    * @param xid 事务
    * @return Redis Key
    */

    public static byte[] getRedisKey(String keyPrefix, Xid xid) {
      byte[] prefix = keyPrefix.getBytes();
      byte[] globalTransactionId = xid.getGlobalTransactionId();
      byte[] branchQualifier = xid.getBranchQualifier();
      // 拼接 key
      byte[] key = new byte[prefix.length + globalTransactionId.length + branchQualifier.length];
      System.arraycopy(prefix, 0, key, 0, prefix.length);
      System.arraycopy(globalTransactionId, 0, key, prefix.length, globalTransactionId.length);
      System.arraycopy(branchQualifier, 0, key, prefix.length + globalTransactionId.length, branchQualifier.length);
      return key;
    }
  • HASHES 的 key :使用 version

    • 添加和更新 Transaction 时,使用 Redis HSETNX,不存在当前版本的值时,进行设置,重而实现类似乐观锁的更新。

    • 读取 Transaction 时,使用 Redis HGETALL,将 Transaction 所有 version 对应的值读取到内存后,取 version值最大的对应的值。

  • HASHES 的 value :调用 TransactionSerializer#serialize(...) 方法,序列化 Transaction。实现代码如下:

    public static byte[] serialize(ObjectSerializer serializer, Transaction transaction) {
      Map<String, Object> map = new HashMap<String, Object>();
      map.put("GLOBAL_TX_ID", transaction.getXid().getGlobalTransactionId());
      map.put("BRANCH_QUALIFIER", transaction.getXid().getBranchQualifier());
      map.put("STATUS", transaction.getStatus().getId());
      map.put("TRANSACTION_TYPE", transaction.getTransactionType().getId());
      map.put("RETRIED_COUNT", transaction.getRetriedCount());
      map.put("CREATE_TIME", transaction.getCreateTime());
      map.put("LAST_UPDATE_TIME", transaction.getLastUpdateTime());
      map.put("VERSION", transaction.getVersion());
      // 序列化
      map.put("CONTENT", serializer.serialize(transaction));
      return serializer.serialize(map);
    }
    • TODO 为什么序列化两次

在实现 #doFindAllUnmodifiedSince(date) 方法,无法像数据库使用时间条件进行过滤,因此,加载所有事务后在内存中过滤。实现代码如下:

@Override
protected List<Transaction> doFindAllUnmodifiedSince(Date date) {
  // 获得所有事务
  List<Transaction> allTransactions = doFindAll();
  // 过滤时间
  List<Transaction> allUnmodifiedSince = new ArrayList<Transaction>();
  for (Transaction transaction : allTransactions) {
      if (transaction.getLastUpdateTime().compareTo(date) < 0) {
          allUnmodifiedSince.add(transaction);
      }
  }
  return allUnmodifiedSince;
}

ps:点击链接查看 RedisTransactionRepository 代码实现,已经添加完整中文注释。

FROM 《TCC-Transaction 官方文档 —— 使用指南1.2.x》 
使用 RedisTransactionRepository 需要配置 Redis 服务器如下: 
appendonly yes 
appendfsync always

3.4 Zookeeper 事务存储器

org.mengyun.tcctransaction.repository.ZooKeeperTransactionRepository,Zookeeper 事务存储器,将 Transaction 存储到 Zookeeper。实现代码如下:

public class ZooKeeperTransactionRepository extends CachableTransactionRepository {

   /**
    * Zookeeper 服务器地址数组
    */

   private String zkServers;
   /**
    * Zookeeper 超时时间
    */

   private int zkTimeout;
   /**
    * TCC 存储 Zookeeper 根目录
    */

   private String zkRootPath = "/tcc";
   /**
    * Zookeeper 连接
    */

   private volatile ZooKeeper zk;
   /**
    * 序列化
    */

   private ObjectSerializer serializer = new JdkSerializationSerializer();
}
  • zkRootPath,存储 Zookeeper 根目录,类似 JdbcTransactionRepository 的 domain 属性。

一个事务存储到 Zookeeper,使用 Zookeeper 的持久数据节点

  • path:${zkRootPath} + / + ${xid}。实现代码如下:

    // ZooKeeperTransactionRepository.java
    private String getTxidPath(Xid xid) {
      return String.format("%s/%s", zkRootPath, xid);
    }

    // TransactionXid.java
    @Override
    public String toString() {
      StringBuilder stringBuilder = new StringBuilder();
      stringBuilder.append("globalTransactionId:").append(UUID.nameUUIDFromBytes(globalTransactionId).toString());
      stringBuilder.append(",").append("branchQualifier:").append(UUID.nameUUIDFromBytes(branchQualifier).toString());
      return stringBuilder.toString();
    }
  • data:调用 TransactionSerializer#serialize(...) 方法,序列化 Transaction。

  • version:使用 Zookeeper 数据节点自带版本功能。这里要注意下,Transaction 的版本从 1 开始,而 Zookeeper 数据节点版本从 0 开始。

ps:点击链接查看 ZooKeeperTransactionRepository 代码实现,已经添加完整中文注释。

另外,在生产上暂时不建议使用 ZooKeeperTransactionRepository,原因有两点:

  • 不支持 Zookeeper 安全认证。

  • 使用 Zookeeper 时,未考虑断网重连等情况。

如果你要使用 Zookeeper 进行事务的存储,可以考虑使用 Apache Curator 操作 Zookeeper,重写 ZooKeeperTransactionRepository 部分代码。

3.5 File 事务存储器

org.mengyun.tcctransaction.repository.FileSystemTransactionRepository,File 事务存储器,将 Transaction 存储到文件系统。

实现上和 ZooKeeperTransactionRepository,区别主要在于不支持乐观锁更新。有兴趣的同学点击链接查看,这里就不拓展开来。

另外,在生产上不建议使用 FileSystemTransactionRepository,因为不支持多节点共享。用分布式存储挂载文件另说,当然还是不建议,因为不支持乐观锁并发更新。

666. 彩蛋

这篇略( 超 )微( 级 )水更,哈哈哈,为《TCC-Transaction 源码分析 —— 事务恢复》做铺垫啦。

使用 RedisTransactionRepository 和 ZooKeeperTransactionRepository 存储事务还是 Get 蛮多点的。

分布式事务 TCC-Transaction 源码解析 —— 事务存储器

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