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seata TC 模块分析

2013 年 11 月 21 日

在分析TC各模块之前，首先再回顾下seata的整个执行流程：

  • TM:事务的发起者。用来告诉TC，全局事务的开始，提交，回滚。

  • RM:具体的事务资源，每一个RM都会作为一个分支事务注册在TC。

  • TC:事务的协调者。也可以看做是seata-server，用于接收事务注册，提交和回滚。

为什么TC是seata核心呢？因为TC这个角色就好像上帝一样，协调控制TM、RM协同工作，TC一旦不好使，那么RM和TM就会出现问题，那必定会乱的一塌糊涂。

那么一个优秀的事务协调者应该具备哪些能力呢？

  • 正确的协调：能正确的协调RM和TM接下来应该做什么，做错了应该怎么办，做对了应该怎么办。

  • 高可用: 事务协调器在分布式事务中很重要，如果不能保证高可用，那么它也没有存在的必要了。

  • 高性能：事务协调器的性能一定要高，如果事务协调器性能有瓶颈那么它所管理的RM和TM那么会经常遇到超时，从而引起回滚频繁。

  • 高扩展性：这个特点是属于代码层面的，如果是一个优秀的框架，那么需要给使用方很多自定义扩展，比如服务注册/发现，读取配置等等。

TC整体设计

TC整体设计如上，各模块说明如下：

  • CoordinatorCore: 在最下面的模块是事务协调器核心代码，主要用来处理事务协调的逻辑，如是否commit,rollback等协调活动。

  • Store: 存储模块，用来将我们的数据持久化，防止重启或者宕机数据丢失。

  • Discovery: 服务注册/发现模块，用于将Server地址暴露给我们Client。

  • Config: 用来存储和查找我们服务端的配置。

  • Lock: 锁模块，用于给Seata提供全局锁的功能。

  • RPC: 用于和其它端通信。

  • HA-Cluster: 高可用集群，目前还没开源。

Discovery

Discovery模块就是服务发现模块，TC启动后需要将自己的信息注册到服务中心，这样才能暴露给其他使用者，Discovery接口定义如下：

public interface RegistryService {
    void register(InetSocketAddress address) throws Exception;
    void unregister(InetSocketAddress address) throws Exception;
    void subscribe(String cluster, T listener) throws Exception;
    void unsubscribe(String cluster, T listener) throws Exception;
    List lookup(String key) throws Exception;
    void close() throws Exception;
}

上述方法看定义就能知道其作用，因此不在赘述。Discovery模块有多个实现类，如下图所示：

我们知道，服务注册到服务中心，一般需要与服务中心进行心跳保活，否则服务中心会将该服务信息给清除，一般服务中心的client jar包会集成对应的心跳能力。但是针对redis来说，该如何注册呢，下面就以redis作为示例来分析服务注册流程，对应类 RedisRegistryServiceImpl。

从源码来看，seata使用redis注册是使用的是hash字典结构，那么它怎么心跳的呢？准确来说，seata注册redis是没有心跳的，只使用到了redis channel作为通知机制来保证tc实例变化时的通知上下线能力。注意 redis channel只有在更改时的通知能力，因此tm/rm在启动时需要先从redis获取数据之后，然后再设置channel监听，seata对应逻辑在方法 io.seata.discovery.registry.redis.RedisRegistryServiceImpl#subscribe 中，严格来讲，在获取数据和设置channel监听之间，如果数据发生了变更，是存在更新丢失问题的，不过这种问题触发概率极地可以忽略，并且后续有更新时还可以再次获取得到新的数据。 

@Override
public void register(InetSocketAddress address) {
    NetUtil.validAddress(address);
    String serverAddr = NetUtil.toStringAddress(address);
    try (Jedis jedis = jedisPool.getResource()) {
        jedis.hset(getRedisRegistryKey(), serverAddr, ManagementFactory.getRuntimeMXBean().getName());
        jedis.publish(getRedisRegistryKey(), serverAddr + "-" + RedisListener.REGISTER);
    }
}

@Override
public void unregister(InetSocketAddress address) {
    NetUtil.validAddress(address);
    String serverAddr = NetUtil.toStringAddress(address);
    try (Jedis jedis = jedisPool.getResource()) {
        jedis.hdel(getRedisRegistryKey(), serverAddr);
        jedis.publish(getRedisRegistryKey(), serverAddr + "-" + RedisListener.UN_REGISTER);
    }
}

由于没有心跳能力，那就就需要在tc进程关闭(JVM关闭)时执行unregister逻辑，因此会添加对应的 ShutdownHook 钩子函数，其能保证在程序正常退出、System.out、Ctrl+C中断结束、系统关闭、OOM宕机、kill pid进程时被执行到，但是如果是执行 kill -9 pid 这种，是没有执行到钩子函数的。register是在Netty启动后进行注册的，对应的逻辑在方法 io.seata.core.rpc.netty.NettyServerBootstrap#start 中，这里不在赘述。

Config

配置模块是seata的基础模块，比如netty线程配置、session配置等，这些配置seata基本上都有默认配置。seata有一个关于配置的类Configuration：

public interface Configuration {
    int getInt(String dataId, int defaultValue);

    String getConfig(String dataId, long timeoutMills);
    boolean putConfig(String dataId, String content);
    boolean removeConfig(String dataId, long timeoutMills);
    boolean removeConfig(String dataId);
    void addConfigListener(String dataId, ConfigurationChangeListener listener);
    void removeConfigListener(String dataId, ConfigurationChangeListener listener);
}

目前seata适配了多种配置中心，如下：

  • getInt/Long/Boolean/getConfig()：通过dataId来获取对应的值，读取不到配置、异常或超时将返回参数中的默认值。

  • putConfig：用于添加配置。

  • removeConfig：删除一个配置。

  • add/remove/get ConfigListener：添加/删除/获取 配置监听器，一般用来监听配置的变更。

在Seata中需要配置registry.conf，来配置config.type ：

config {
  # file、nacos 、apollo、zk、consul、etcd3
  type = "file"

  nacos {
    serverAddr = "127.0.0.1:8848"
    namespace = ""
    group = "SEATA_GROUP"
    username = ""
    password = ""
    dataId = "seataServer.properties"
  }
  consul {
    serverAddr = "127.0.0.1:8500"
  }
  apollo {
    appId = "seata-server"
    apolloMeta = "http://192.168.1.204:8801"
    namespace = "application"
    apolloAccesskeySecret = ""
  }
  zk {
    serverAddr = "127.0.0.1:2181"
    sessionTimeout = 6000
    connectTimeout = 2000
    username = ""
    password = ""
  }
  etcd3 {
    serverAddr = "http://localhost:2379"
  }
  file {
    name = "file.conf"
  }
}

Store

Store模块为seata的存储模块，主要存储session数据，存储类为 TransactionStoreManager ，其主要提供了读写session接口： 

public interface TransactionStoreManager {
    boolean writeSession(LogOperation logOperation, SessionStorable session);
    GlobalSession readSession(String xid);
    GlobalSession readSession(String xid, boolean withBranchSessions);
    List readSession(SessionCondition sessionCondition);
    void shutdown();

    enum LogOperation {
        /**
         * Global add log operation.
         */
        GLOBAL_ADD((byte)1),
        /**
         * Global update log operation.
         */
        GLOBAL_UPDATE((byte)2),
        /**
         * Global remove log operation.
         */
        GLOBAL_REMOVE((byte)3),
        /**
         * Branch add log operation.
         */
        BRANCH_ADD((byte)4),
        /**
         * Branch update log operation.
         */
        BRANCH_UPDATE((byte)5),
        /**
         * Branch remove log operation.
         */
        BRANCH_REMOVE((byte)6);

        private byte code;
    }
}

存储模块目前支持file/db/redis存储，如果需要保证TC可用性建议将数据存储到DB中。

写入file文件流程如下：

  • 加锁，开始将数据序列化，然后写入到currFileChannel

  • 写入完成之后，判断是否需要创建新的存储文件

  • 加锁，刷盘，刷盘有同步和异步2种方式，异步的话有flush线程来异步完成

public boolean writeSession(LogOperation logOperation, SessionStorable session) {
    writeSessionLock.lock();
    long curFileTrxNum;
    try {
        if (!writeDataFile(new TransactionWriteStore(session, logOperation).encode())) {
            return false;
        }
        lastModifiedTime = System.currentTimeMillis();
        curFileTrxNum = FILE_TRX_NUM.incrementAndGet();
        if (curFileTrxNum % PER_FILE_BLOCK_SIZE == 0
            && (System.currentTimeMillis() - trxStartTimeMills) > MAX_TRX_TIMEOUT_MILLS) {
            return saveHistory();
        }
    } catch (Exception exx) {
        return false;
    } finally {
        writeSessionLock.unlock();
    }
    flushDisk(curFileTrxNum, currFileChannel);
    return true;
}

注意这里的刷盘模式默认为异步模式，为了数据安全性的话可以设置为同步刷盘，避免系统断电写入pagecache中未刷盘的数据丢失。

Lock

大家知道数据库实现隔离级别主要是通过锁来实现的，同样的在分布式事务框架Seata中要实现隔离级别也需要通过锁。一般在数据库中数据库的隔离级别一共有四种:读未提交，读已提交，可重复读，串行化。在Seata中可以保证隔离级别是读已提交，但是提供了达到读已提交隔离的手段。

Lock模块也就是Seata实现隔离级别的核心模块。在Lock模块中提供了一个接口用于管理我们的锁:

public interface Locker {
    boolean acquireLock(List rowLock) ;
    boolean releaseLock(List rowLock);
    boolean releaseLock(String xid, Long branchId);
    boolean releaseLock(String xid, List branchIds);

    boolean isLockable(List rowLock);
    void cleanAllLocks();
}

其中有三个方法:

  • acquireLock：用于对我们的BranchSession加锁，这里虽然是传的分支事务Session，实际上是对分支事务的资源加锁，成功返回true。

  • isLockable：根据事务ID，资源Id，锁住的Key来查询是否已经加锁。

  • cleanAllLocks：清除所有的锁。对于锁我们可以在本地实现，也可以通过redis或者mysql来帮助我们实现。官方默认提供了本地全局锁的实现：

public class FileLocker extends AbstractLocker {

    private static final int BUCKET_PER_TABLE = 128;

    private static final ConcurrentMap<String/* resourceId */, ConcurrentMap<String/* tableName */,
        ConcurrentMap>>
        LOCK_MAP = new ConcurrentHashMap();

在本地锁的实现中有两个常量需要关注:

  • BUCKET_PER_TABLE：用来定义每个table有多少个bucket，目的是为了后续对同一个表加锁的时候减少竞争。

  • LOCK_MAP：这个map从定义上来看非常复杂，里里外外套了很多层Map，这里用个表格具体说明一下：

可以看见实际上的加锁在bucketLockMap这个map中，这里具体的加锁方法比较简单就不作详细阐述，主要是逐步的找到bucketLockMap,然后将当前trascationId塞进去，如果这个主键当前有TranscationId，那么比较是否是自己，如果不是则加锁失败。

RPC

seata RPC通信基层基于netty来保证高性能，采用默认的配置netty线程池模型处理流程如下：

如果采用默认的基本配置那么会有一个Acceptor线程用于处理客户端的链接，会有cpu*2数量的NIO-Thread，在这个线程中不会做业务太重的事情，只会做一些速度比较快的事情，比如编解码，心跳事件，和TM注册。一些比较费时间的业务操作将会交给业务线程池，默认情况下业务线程池配置为最小线程为100，最大为500。

seata心跳是通过netty的IdleStateHandler来完成的，在Sever端对于写没有设置最大空闲时间，对于读设置了最大空闲时间，默认为15s(客户端默认写空闲为5s，发送ping消息)，如果超过15s则会将链接断开，关闭资源。

在TC server侧的netty处理流程中，接收到数据首先进行解码，按照seata定义的固定协议格式进行，会将数据解码成 RpcMessage 消息，代码如下：

public class RpcMessage {
    private int id;
    private byte messageType;
    private byte codec;
    private byte compressor;
    private Map headMap = new HashMap();
    private Object body;

后续seata的各种处理器的处理流程都是基于 RpcMessage 消息来的。

Coordinator Core

Coordinator Core的实现为DefaultCoordinator，其实TC中重要的协调类，负责分布式事务生命周期中的各种操作管理工作，其初始化代码如下：

// main方法中
DefaultCoordinator coordinator = new DefaultCoordinator(nettyRemotingServer);
coordinator.init();
nettyRemotingServer.setHandler(coordinator);

// 初始化方法
public void init() {
    retryRollbacking.scheduleAtFixedRate(() -> {
        // xxx
    }, 0, ROLLBACKING_RETRY_PERIOD, TimeUnit.MILLISECONDS);

    retryCommitting.scheduleAtFixedRate(() -> {
        // xxx
    }, 0, COMMITTING_RETRY_PERIOD, TimeUnit.MILLISECONDS);

    asyncCommitting.scheduleAtFixedRate(() -> {
        // xxx
    }, 0, ASYNC_COMMITTING_RETRY_PERIOD, TimeUnit.MILLISECONDS);

    timeoutCheck.scheduleAtFixedRate(() -> {
        // xxx
    }, 0, TIMEOUT_RETRY_PERIOD, TimeUnit.MILLISECONDS);

    undoLogDelete.scheduleAtFixedRate(() -> {
        // xxx
    }, UNDO_LOG_DELAY_DELETE_PERIOD, UNDO_LOG_DELETE_PERIOD, TimeUnit.MILLISECONDS);
}

其内部会初始化几种线程池来驱动分布式事务操作的进行，比如undoLog清理、commit/rollback重试等等。关于Coordinator这块业务逻辑较多，后续会专门写这块内容，本文就不在赘述了。

参考资料：

  1. http://seata.io/zh-cn/blog/seata-analysis-java-server.html

  2. https://blog.csdn.net/qq_26323323/article/details/89814410

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