Spring Cloud Alibaba 分散トランザクション ソリューション フレームワーク Seata コンセプトの紹介

Seata 中国語参考資料: http://seata.io/zh-cn/docs/overview/what-is-seata.html

序文

前回の記事「分散トランザクション ソリューションと理論的基礎の概要」で分散ソリューションに関連する概念を紹介した後、この記事では、Spring Cloud Alibaba によってオープン ソース化された分散ソリューション フレームワークである Seata を紹介します。この記事では、Seata コンポーネントに関連する概念について説明します。実際にSeataを使って分散トランザクションの問題を解決したい場合は、次の記事を読んでください。

1. マイクロサービス アーキテクチャとは何ですか?

「マイクロサービス アーキテクチャとは、単一のアプリケーションを小さなサービスのグループに分割し、それらのサービスが互いに連携して動作することで、ユーザーに究極の価値を提供することを提唱するアーキテクチャ パターンです。各サービスは独自の独立したプロセスで実行され、軽量の通信メカニズム (通常は HTTP ベースの Restful API) を使用してサービス間で通信します。各サービスは特定のビジネスを中心に構築されており、実稼働環境、準実稼働環境などに個別に展開できます。また、統一された集中型のサービス管理メカニズムは可能な限り避ける必要があります。特定のサービスについては、ビジネス コンテキストに応じて適切な言語とツールを選択して構築する必要があります。」

2. 分散トランザクションの生成

1. モノリシックアーキテクチャ

単一のアプリケーションでは、ユーザーの完全な注文プロセスには、注文インターフェイスを呼び出し、在庫控除メソッドを呼び出し、注文時に口座残高を控除することによって注文を完了するために、1 つのプロジェクトと 1 つのデータベースのみが必要です。

2. 分散アーキテクチャ

モノリシック アプリケーションはマイクロサービス アプリケーションに分割され、元の 3 つのモジュールはそれぞれ異なるデータ ソースを使用する 3 つの独立したアプリケーションに分割されます。ビジネスオペレーションを完了するには、3 つのサービスを呼び出す必要があります。このとき、各サービス内のデータの一貫性はローカルトランザクションによって保証されますが、グローバルなデータの一貫性の問題は保証できないため、分散トランザクションが発生します。

3. Seataの4つの取引モード

1. シータとは

Seata は、高性能で使いやすい分散トランザクション サービスを提供することを目的としたオープン ソースの分散トランザクション ソリューションです。 Seata は、ユーザーに AT、TCC、SAGA、XA トランザクション モードを提供し、デフォルトで AT モードを使用して、ユーザー向けのワンストップ分散ソリューションを作成します。

2. ATモード

前提

• ネイティブ ACID トランザクションをサポートするリレーショナル データベースに基づいています。
• Java アプリケーションは JDBC を介してデータベースにアクセスします。

全体的なメカニズム

2PC 2 フェーズ コミット プロトコルの進化:

• フェーズ 1 : ビジネス データとロールバック ログ レコードが同じローカル トランザクションでコミットされ、ローカル ロックと接続リソースが解放されます。
• フェーズ 2 : 非同期で送信します。成功した場合は、対応するロールバック ログ レコードをバッチで削除します。失敗した場合は、ロールバック ログを通じて逆補正が実行されます。

書き込み分離

• 1) 最初のフェーズでローカル トランザクションをコミットする前に、まずグローバル ロックが取得されていることを確認する必要があります。
• 2) グローバルロックを取得できない場合、ローカルトランザクションを送信できません。グローバル ロックが取得されると、ローカル トランザクションが送信され、undo_log レコードが挿入されます。
• 3) グローバルロックを取得しようとする試みは、一定の範囲に制限されます。範囲を超えた場合は破棄され、undo_log レコードに従ってローカル トランザクションがロールバックされ、ローカル ロックが解放されます。

読み取り分離

1) データベースのローカル トランザクション分離レベルが Read Committed 以上である場合、Seata (AT モード) のデフォルトのグローバル分離レベルは Read Uncommitted になります。

理解: グローバル トランザクションがコミットされる前に、ローカル トランザクションが最初にコミットされます。現時点では、データのクエリは、ローカル データベースの場合は Read Committed で、グローバル データベースの場合は Read Uncommitted で実行されます。

2) グローバル読み取りコミットが必要な場合、Seata は現在 SELECT FOR UPDATE ステートメントのプロキシを使用します。

3. TCCモード

TCC は RM の分散トランザクションのサポートに依存せず、ビジネス ロジックを分解して分散トランザクションを実装します。

• 1)初期運用の試行: すべての業務チェックを完了し、必要な業務リソースを予約します。
• 2)動作確認：実際のビジネスロジックはビジネスチェックなしで実行され、Try ステージで予約されたビジネスリソースのみが使用されます。したがって、Try 操作が成功する限り、Confirm も成功する必要があります。さらに、分散トランザクションが 1 回だけ成功することを保証するために、確認操作は冪等性を満たす必要があります。
• 3)キャンセル操作：Try ステージで予約されたビジネス リソースを解放します。同様に、キャンセル操作も冪等性を満たす必要があります。

いわゆる TCC モードとは、カスタマイズされたブランチ トランザクションをグローバル トランザクションの管理に組み込むためのサポートを指します。

4. SAGAモード

概要

Seata はロングトランザクションソリューションを提供します。 Saga モードでは、ビジネス プロセスの各参加者がローカル トランザクションを送信します。参加者が失敗した場合、以前に成功した参加者に補償します。第一段階のポジティブサービスと第二段階の補償サービスは、いずれも事業開発によって実施されます。

適用可能なシナリオ:

• 長いビジネスプロセスと複数のビジネスプロセス
• 参加者には、TCCモデルに必要な3つのインターフェースを提供できない他の企業やレガシーシステムサービスが含まれます。

利点:

• ローカルトランザクションの1フェーズコミット、ロックフリー、高パフォーマンス
• イベント駆動型アーキテクチャ、参加者は非同期で実行可能、高スループット
• 補償サービスは簡単に導入できる

欠点:

隔離は保証されない

ステートマシン エンジンに基づく Saga 実装。

現在 SEATA が提供している Saga モードは、ステート マシン エンジンに基づいて実装されています。メカニズムは次のとおりです。

• 状態図を使用してサービス呼び出しプロセスを定義し、JSON 状態言語定義ファイルを生成します。
• 状態図内のノードはサービスへの呼び出しになることができ、ノードは補正ノードを構成できます。
• 状態図 json は、状態マシン エンジンによって駆動および実行されます。例外が発生した場合、状態エンジンは成功したノードに対応する補正ノードを逆実行してトランザクションをロールバックします。例外発生時に補正を行うかどうかもユーザーが決定できます。
• サービス オーケストレーションの要件を実現し、単一選択、同時実行、サブプロセス、パラメータ変換、パラメータ マッピング、サービス実行ステータス判定、例外キャプチャなどの機能をサポートします。

状態図の例:

5. XAモード

前提

• XA トランザクションをサポートするデータベース。
• Java アプリケーションは JDBC を介してデータベースにアクセスします。

全体的なメカニズム

Seata で定義された分散トランザクション フレームワークでは、XA プロトコルのトランザクション リソース (データベース、メッセージ サービスなど) のサポートと XA プロトコルのメカニズムを使用して、トランザクション モードを使用してブランチ トランザクションを管理します。

実行フェーズ:

• ロールバック: ビジネス SQL 操作は XA ブランチで実行され、ロールバックは XA プロトコルのリソース サポートによって保証されます。
• 永続性: XA ブランチが完了すると、XA 準備が実行されます。同様に、リソースの XA プロトコルのサポートにより永続性が保証されます (つまり、その後の事故によってロールバックが不可能になる状況は発生しません)。

完了段階:

• ブランチコミット: XAブランチのコミットを実行する
• ブランチロールバック: XAブランチのロールバックを実行します

ここでは、XA モードについて簡単に説明します。詳細については、http://seata.io/zh-cn/docs/dev/mode/xa-mode.html を参照してください。

4. シータモデルの紹介

Seata のプロセス モデル全体を次の図に示します。

上の図には主に 3 つの役割があります。

• TM: トランザクション マネージャー。TC にグローバル トランザクションを開始、コミット、またはロールバックするように指示するために使用されます。
• TC: トランザクション コーディネーター (seata-server) は、グローバル トランザクションとブランチ トランザクションのステータスを維持し、各 RM にコミットまたはロールバックを通知します。
• RM: リソース マネージャー。各 RM は TC にブランチ トランザクションとして登録され、ブランチ トランザクションの登録、送信、ロールバックを担当します。

用語の紹介:

• XID - トランザクション ID。分散トランザクションの一意の ID。
• TC - トランザクション コーディネーター。グローバル トランザクションとブランチ トランザクションのステータスを維持し、グローバル トランザクションのコミットまたはロールバックを実行します。
• TM - トランザクション マネージャーは、グローバル トランザクションの範囲を定義します。グローバル トランザクションを開始し、グローバル トランザクションをコミットまたはロールバックします。
• RM - リソース マネージャーは、ブランチ トランザクション処理のリソースを管理し、TC と通信してブランチ トランザクションを登録し、ブランチ トランザクションのステータスを報告し、ブランチ トランザクションをコミットまたはロールバックします。

一般的な分散トランザクション プロセスには、次の手順が含まれます。

• TM は TC にグローバル トランザクションの開始を要求し、TC は TM にグローバル トランザクションの XID (XID) を返します。
• XID はマイクロサービス呼び出しリンクのコンテキスト間で伝播されます。
• RM はブランチ トランザクションを TC に登録し、XID に対応するグローバル トランザクションの管轄下に置きます。
• TM は XID に基づいて TC にコミットまたはロールバック要求を送信します。
• TCはXIDに基づいてRMコミットまたはロールバックを実行します

フローチャートは次のとおりです。

5. シータアーキテクチャについて

アリババは早くも2019年に、分散トランザクションフレームワークSeata（当初Fescarと名付けられていた）をオープンソース化しました。その後、Ant の TCC ソリューションとの統合により、Seata に名前が変更されました。 2020年11月3日現在、Seataはバージョンv1.4.0に更新されました。以前のバージョンのリリースではいくつか潜在的な問題がありましたが、オープンソース チームがすぐに問題を修正し、新しいバージョンを迅速に反復してリリースしたため、現在は比較的安定しています。

同時に、他の分散トランザクション フレームワークと比較すると、Seata アーキテクチャのハイライトは次のとおりです。

• アプリケーション層は SQL 解析に基づいて自動補正を実装し、ビジネスへの侵入を最小限に抑えます。
• 分散トランザクションに、トランザクションの登録とロールバックを担当する TC (トランザクション コーディネーター) を独立して配置します。
• 書き込み分離と読み取り分離はグローバル ロックによって実現されます。

6. 参考資料

Seata 中国語公式文書: http://seata.io/zh-cn/docs/overview/what-is-seata.html

Seata-Server のダウンロード アドレス: https://github.com/seata/seata/releases

分散トランザクションのデモ: https://github.com/seata/seata-samples

Seata ソースコード アドレス: https://github.com/seata/seataSeata 中国語リファレンス ドキュメント: http://seata.io/zh-cn/docs/overview/what-is-seata.html