面试题：分布式系统中2PC在不同隔离级别下如何处理并发写冲突？

Question

假设在一个分布式系统采用2PC进行事务管理，且涉及多个节点的并发写操作。请详细描述在不同隔离级别（如读已提交、可重复读）下，系统如何检测和处理并发写冲突，包括可能采用的锁机制、版本控制等手段，并分析这些处理方式对系统性能和可用性的影响。

Answer 1

读已提交隔离级别

1. 并发写冲突检测与处理
   • 锁机制：在写操作开始时，节点会获取写锁。例如，基于共享 - 排他锁（S - X锁）机制，写操作需要获取排他锁。在2PC中，协调者会向所有涉及写操作的节点发送预提交请求。如果某个节点无法获取写锁（因为其他节点已经持有写锁），则该节点会向协调者返回失败响应。协调者收到任何一个失败响应，就会取消整个事务。
   • 版本控制：每个数据项都有一个版本号。写操作前，节点读取数据项的版本号，并在写操作完成后更新版本号。在预提交阶段，节点会再次检查数据项版本号。如果版本号与开始写操作时读取的版本号不一致，说明数据已被其他事务修改，该节点会向协调者返回失败响应，事务回滚。
2. 对性能和可用性的影响
   • 性能：锁机制会导致一定程度的锁竞争，特别是在高并发场景下，可能会增加事务等待时间，降低系统的吞吐量。版本控制需要额外的元数据管理，每次读写操作都需要处理版本号，增加了系统开销。
   • 可用性：由于只要有一个节点检测到冲突就回滚整个事务，在高并发写场景下，事务回滚的概率增加，系统可用性可能降低。但从数据一致性角度看，能保证读取到已提交的数据。

可重复读隔离级别

1. 并发写冲突检测与处理
   • 锁机制：与读已提交类似，使用排他锁进行写操作。不同的是，在事务开始时，对于事务中要读取的数据就获取共享锁，并且在事务结束前一直持有。这样在事务执行过程中，其他事务不能对这些数据进行写操作。在2PC预提交阶段，如果某个节点发现锁冲突（例如，有其他事务正在对其要写的数据持有共享锁），则向协调者返回失败响应，事务回滚。
   • 版本控制：除了数据项版本号，还可以引入事务版本号。每个事务开始时分配一个唯一的版本号。写操作时，节点记录当前事务版本号与数据项版本号的关联。在预提交阶段，节点检查数据项版本号与事务开始时记录的版本号是否匹配。如果不匹配，说明数据在事务执行过程中被其他事务修改，事务回滚。
2. 对性能和可用性的影响
   • 性能：锁机制中，由于事务长时间持有锁，锁竞争会更加严重，事务等待时间更长，大大降低了系统吞吐量。版本控制方面，维护事务版本号等额外元数据增加了系统开销。
   • 可用性：由于严格的锁机制和版本控制检查，事务回滚概率进一步增加，在高并发场景下，系统可用性会显著降低。但能确保在同一事务内多次读取数据的一致性。