面试题：分布式系统网络分区下2PC高级影响与应对策略

Question

假设一个基于2PC的分布式事务系统，在网络分区发生后，部分节点处于一个分区，部分节点处于另一个分区。请详细描述可能出现的数据不一致情况，并提出至少两种可行的应对策略及其优缺点。

Answer 1

可能出现的数据不一致情况

1. 协调者与参与者分区：
   • 情况：协调者在一个分区，部分参与者在另一个分区。协调者发出准备（PREPARE）消息后，处于另一个分区的参与者无法收到，导致无法统一进入提交（COMMIT）或回滚（ROLLBACK）阶段。若协调者认为所有参与者都准备成功而发出提交消息，而处于另一分区的参与者未收到，就会出现数据不一致，一边已提交事务，另一边还未处理。
   • 示例：假设银行转账事务，协调者通知部分银行网点准备转账成功，准备提交，但另一部分网点因网络分区未收到准备消息，后续协调者提交，已收到准备消息的网点转账成功，未收到的则维持原状。
2. 参与者之间分区：
   • 情况：所有参与者和协调者都在不同分区。协调者发出准备消息，部分参与者收到并回复准备成功，另一部分因网络分区未收到，协调者可能在超时后回滚事务，但已准备成功的参与者可能已将数据持久化到本地，从而导致数据不一致。
   • 示例：电商系统中，库存扣减和订单创建分属不同参与者，库存扣减参与者收到准备消息并准备成功，订单创建参与者因网络分区未收到，协调者回滚，库存已扣减但订单未创建。

应对策略及其优缺点

1. 引入超时机制：
   • 策略：协调者和参与者都设置超时时间。若在一定时间内未收到对方消息（如协调者未收到所有参与者的准备响应，或参与者未收到协调者的提交/回滚消息），则主动进行回滚操作。
   • 优点：简单易实现，能在一定程度上避免因网络延迟或分区导致的长时间等待，快速处理可能出现的不一致情况。
   • 缺点：可能误判，比如网络短暂故障但未真正分区，超时后回滚事务，影响系统性能和可用性。若超时时间设置不合理，可能频繁回滚正常事务，或等待过久无法及时处理不一致。
2. 使用分布式日志：
   • 策略：每个参与者和协调者都维护一个分布式日志，记录事务的各个阶段（如准备、提交、回滚）。当网络分区恢复后，通过比对日志来恢复事务状态，确保数据一致性。
   • 优点：能更准确地恢复事务状态，即使网络分区期间各节点操作不一致，通过日志比对也能最终达成一致，提高数据一致性的可靠性。
   • 缺点：增加系统复杂度，需要额外的存储和管理日志的开销。日志的同步和比对过程也可能出现新的问题，如日志损坏、丢失等，需要复杂的容错机制。
3. 多副本与选举机制：
   • 策略：为协调者设置多个副本，当出现网络分区时，各分区内的节点重新选举新的协调者。新协调者根据本分区内参与者的状态进行事务处理，并与其他分区协调恢复一致性。
   • 优点：提高系统的可用性，在网络分区情况下仍能继续处理事务。通过选举新协调者，能根据当前分区状态做出更合适的决策，减少数据不一致的可能性。
   • 缺点：选举机制本身需要复杂的算法，可能出现脑裂等问题，导致多个分区各自处理事务，最终数据不一致。同时，多副本增加了系统的存储和同步开销。