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。