面试题：分布式系统2PC在电商订单处理中的数据一致性保障

Question

在分布式电商系统订单处理使用2PC时，可能会出现网络分区等故障情况。请详细说明如何通过2PC机制确保在这些故障场景下订单数据的一致性，以及可能面临的挑战和解决方案。

Answer 1

确保订单数据一致性的方式

1. 准备阶段：
   • 协调者向所有参与者（如库存管理模块、支付模块等与订单处理相关的服务）发送准备请求。
   • 参与者接收到请求后，检查自身资源是否满足操作条件（例如库存是否充足、账户余额是否足够等）。如果满足，参与者将操作涉及的数据进行锁定，并记录undo和redo日志，然后向协调者返回“准备成功”响应；如果不满足，则返回“准备失败”响应。
   • 协调者收集所有参与者的响应，如果所有参与者都返回“准备成功”，则进入提交阶段；否则进入回滚阶段。
2. 提交阶段：
   • 协调者向所有参与者发送提交请求。
   • 参与者接收到提交请求后，正式执行操作（如扣减库存、完成支付等），完成后释放之前锁定的资源，并向协调者返回“提交完成”响应。
   • 协调者收到所有参与者的“提交完成”响应后，认为整个订单处理成功，数据达到一致性状态。
3. 回滚阶段：
   • 协调者向所有参与者发送回滚请求。
   • 参与者接收到回滚请求后，根据之前记录的undo日志进行回滚操作，恢复到操作前的状态，然后释放锁定的资源，并向协调者返回“回滚完成”响应。
   • 协调者收到所有参与者的“回滚完成”响应后，认为订单处理回滚成功，数据也维持一致性状态。

可能面临的挑战

1. 协调者单点故障：如果协调者在2PC过程中发生故障，参与者可能会长时间处于锁定资源等待决策的状态，导致系统资源浪费且无法推进业务流程。
2. 网络分区：
   • 协调者与部分参与者网络分区：协调者无法收到部分参与者的响应，可能导致误判。例如在准备阶段，部分参与者因网络问题未返回响应，协调者可能会等待超时后决定回滚，但实际上这些参与者准备成功，这就可能导致数据不一致。
   • 参与者之间网络分区：可能出现部分参与者收到提交或回滚请求，而另一部分未收到的情况，同样会导致数据不一致。
3. 阻塞问题：在2PC过程中，参与者在等待协调者决策期间会一直锁定资源，如果等待时间过长，会影响系统并发性能，甚至导致死锁。

解决方案

1. 针对协调者单点故障：
   • 引入备份协调者：采用主备模式，当主协调者故障时，备份协调者能够及时接管，继续推进2PC流程。可以通过选举算法（如Paxos、Raft等）来确定新的主协调者。
   • 持久化协调者状态：协调者将2PC的各个阶段状态（如准备阶段哪些参与者准备成功、失败等信息）持久化到磁盘，以便故障恢复后能够继续从故障点恢复流程。
2. 针对网络分区：
   • 超时机制优化：参与者和协调者设置合理的超时时间。例如在准备阶段，参与者等待协调者决策超时后，可以主动询问协调者状态；协调者等待参与者响应超时后，可以重新发送请求。
   • 状态同步：当网络恢复后，参与者之间以及参与者与协调者之间进行状态同步。例如在网络分区结束后，未收到提交或回滚请求的参与者向协调者查询最终决策，并根据决策执行相应操作。
3. 针对阻塞问题：
   • 引入事务超时机制：对整个2PC事务设置一个全局超时时间，如果超过该时间事务仍未完成，强制进行回滚操作，释放资源。
   • 优化资源锁定策略：尽量缩短资源锁定时间，例如可以采用乐观锁机制，在操作前先检查数据版本，只有版本一致时才执行操作，避免长时间锁定资源。