面试题：分布式系统下3PC在面对网络分区时的数据一致性保障

Question

假设分布式存储系统出现网络分区情况，3PC协议如何继续确保数据一致性？分析在不同网络分区场景下3PC各个阶段可能遇到的问题及应对措施。

Answer 1

3PC确保数据一致性原理

1. 引入预提交阶段：3PC在2PC的基础上增加了预提交（PreCommit）阶段。在CanCommit阶段，协调者询问参与者是否可以执行事务操作，参与者反馈自身状态。进入PreCommit阶段，若所有参与者都回复可以操作，协调者发送预提交请求，参与者执行事务操作但不提交，等待最终的提交或回滚指令。这种设计通过预提交阶段增加了缓冲，在一定程度上减少了参与者在网络分区下的阻塞时间，从而有助于确保数据一致性。
2. 超时机制：3PC 引入了超时机制。参与者在等待协调者指令时，如果超过一定时间未收到指令，会根据自身所处阶段进行相应处理。这避免了参与者因长时间等待协调者指令而造成的数据不一致问题。例如在PreCommit阶段等待最终提交指令超时，参与者可能会根据本地策略决定提交或回滚事务。

不同网络分区场景下3PC各阶段问题及应对措施

1. CanCommit阶段
   • 问题：
     • 协调者与部分参与者网络分区：协调者无法收到这部分参与者的响应，导致无法准确判断是否可以进入下一阶段。
     • 参与者之间网络分区：可能会出现部分参与者已收到CanCommit请求并回复，而另一部分未收到的情况，使得系统状态不一致。
   • 应对措施：
     • 协调者方面：协调者设置超时时间，若在超时时间内未收到所有参与者的响应，则中断事务，向所有已回复的参与者发送回滚指令。
     • 参与者方面：若参与者在合理时间内未收到CanCommit请求，可主动询问协调者当前事务状态。
2. PreCommit阶段
   • 问题：
     • 协调者与部分参与者网络分区：这部分参与者收不到PreCommit请求，而其他参与者已进入预提交状态，可能导致数据不一致。
     • 协调者故障：新的协调者选举过程中，已预提交的参与者处于等待状态，可能出现长时间阻塞。
   • 应对措施：
     • 对于未收到PreCommit请求的参与者：设置超时时间，超时后主动询问协调者。若协调者无响应，可根据本地策略决定回滚事务。
     • 针对协调者故障：快速进行协调者选举，新协调者通过日志等机制了解事务当前状态，向各参与者发送相应指令（提交或回滚）。
3. DoCommit阶段
   • 问题：
     • 协调者与部分参与者网络分区：已收到DoCommit请求的参与者提交事务，而未收到的参与者保持预提交状态，造成数据不一致。
     • 网络时断时续：可能导致部分参与者重复收到DoCommit请求，出现重复提交问题。
   • 应对措施：
     • 对于未收到DoCommit请求的参与者：设置超时时间，超时后询问协调者。若协调者无响应，可根据本地事务日志判断是否已提交，若未提交则回滚。
     • 针对重复提交问题：参与者通过事务日志和唯一事务ID进行判断，若接收到重复的DoCommit请求且事务已提交，则忽略该请求。