面试题：分布式系统下3PC在网络延迟场景中如何保障事务可靠性

Question

假设在一个分布式系统中存在明显的网络延迟，3PC协议如何通过自身机制来确保分布式事务的可靠性，避免因长时间延迟而产生事务状态不一致问题，分析在这种场景下可能遇到的挑战以及3PC相应的应对策略。

Answer 1

3PC确保可靠性及避免事务状态不一致的机制

1. 引入预提交阶段：在传统2PC的准备阶段和提交阶段之间插入预提交阶段。在预提交阶段，协调者向参与者发送PreCommit请求，参与者如果可以提交事务，则回复ACK。这一步骤使得系统在进入最终提交阶段前，能确认大多数参与者的状态，减少因网络延迟导致部分参与者未收到准备请求，而在最终提交时出现不一致的情况。
2. 超时机制优化：在每个阶段设置合理的超时时间。例如，协调者在发送PreCommit请求后，如果在一定时间内未收到所有参与者的ACK，则中断事务。参与者在等待协调者指令时，若超时未收到，也会根据自身状态进行相应处理（如回滚事务）。这避免了因长时间网络延迟，参与者一直等待导致事务悬而不决的状态。

网络延迟场景下可能遇到的挑战及3PC应对策略

1. 协调者与参与者失联
   • 挑战：协调者发送的请求或指令可能因网络延迟长时间未到达参与者，或者参与者的响应无法及时返回给协调者，导致协调者无法准确判断参与者状态。
   • 应对策略：协调者和参与者都设置超时机制。协调者超时未收到响应则进行重试或者中断事务；参与者超时未收到协调者指令，按照一定规则处理（如在预提交阶段超时未收到PreCommit，则中断事务；在提交阶段超时未收到Commit，则根据预提交阶段的结果决定是否提交事务，若预提交成功则提交，否则回滚）。
2. 参与者之间状态不一致
   • 挑战：由于网络延迟，不同参与者收到协调者指令的时间不同，可能导致部分参与者已经进入某个阶段，而其他参与者还处于之前阶段，从而产生状态不一致。
   • 应对策略：通过预提交阶段，使得大部分参与者在进入最终提交前达成共识。并且在提交阶段，参与者根据预提交的结果和协调者最终指令操作。即使部分参与者因网络延迟晚收到指令，只要预提交阶段达成一致，最终也能保证事务状态一致。例如，若预提交成功，即使提交指令延迟到达，参与者也会提交事务。
3. 脑裂问题
   • 挑战：网络延迟严重时，可能出现网络分区，形成多个子网络，每个子网络内的协调者和参与者可能做出不同决策，导致全局事务状态不一致。
   • 应对策略：3PC通过引入预提交阶段，提高了系统的容错能力。在网络分区恢复后，各个子网络可以根据预提交阶段的记录进行状态同步和事务恢复。例如，通过日志记录预提交和提交状态，网络恢复后，各节点对比日志，以正确的事务状态为准进行后续操作（如回滚或继续提交），从而解决脑裂带来的事务不一致问题。