面试题：Java多态在复杂分布式事务中的应用

Question

在一个分布式金融交易系统中，存在复杂的分布式事务，要求保证数据的一致性和完整性。请详细描述如何运用Java多态结合分布式事务管理技术（如两阶段提交、三阶段提交等）来设计系统架构和实现关键业务逻辑，并分析可能遇到的问题及解决方案。

Answer 1

运用Java多态结合分布式事务管理技术设计系统架构

1. Java多态：
   • 抽象类与接口定义：定义代表不同金融交易操作的抽象类或接口，如TransactionOperation接口，包含execute方法。不同的具体交易操作，如转账TransferOperation、支付PaymentOperation等实现该接口并实现execute方法，以完成具体业务逻辑。
   • 动态绑定：在分布式事务管理代码中，通过持有TransactionOperation类型的变量，在运行时根据实际传入的具体实现类（如TransferOperation实例）来调用对应的execute方法，实现动态行为。
2. 分布式事务管理技术 - 两阶段提交（2PC）：
   • 协调者与参与者角色：在系统架构中明确协调者（Coordinator）和参与者（Participant）角色。协调者负责管理分布式事务的全局状态，参与者是具体执行事务操作的节点，如各个金融业务模块（账户管理模块、交易记录模块等）。
   • 第一阶段 - 准备阶段：协调者向所有参与者发送prepare消息，参与者接收到消息后，对本地事务进行预执行，检查资源可用性、锁定相关数据等。如果预执行成功，参与者向协调者返回yes响应，表示可以提交事务；否则返回no。
   • 第二阶段 - 提交/回滚阶段：如果协调者收到所有参与者的yes响应，向所有参与者发送commit消息，参与者接收到后正式提交本地事务；若有任何一个参与者返回no，协调者向所有参与者发送rollback消息，参与者回滚本地事务。
3. 分布式事务管理技术 - 三阶段提交（3PC）：
   • 新增预询问阶段：在2PC的基础上，3PC增加了预询问（CanCommit）阶段。协调者先向参与者发送canCommit消息，询问参与者是否可以进行事务操作。参与者检查自身状态，如资源是否可用等，返回yes或no。
   • 第一阶段 - 预准备阶段：如果协调者收到所有参与者的yes响应，进入预准备（PreCommit）阶段，向参与者发送preCommit消息，参与者进行和2PC准备阶段类似的预执行操作，并锁定资源。
   • 第二阶段 - 提交/回滚阶段：与2PC类似，协调者根据参与者预准备阶段的响应决定发送commit或rollback消息。

关键业务逻辑实现

1. 事务发起：业务代码创建具体的TransactionOperation实现类实例，如TransferOperation，并设置相关参数（如转账金额、源账户、目标账户等）。然后将该实例传递给分布式事务管理模块。
2. 分布式事务管理模块：该模块负责协调事务的执行，作为协调者角色。在2PC或3PC的不同阶段，按照协议向各个参与者发送相应消息，并处理参与者的响应。
3. 参与者实现：每个参与者实现与自身业务相关的事务操作逻辑。例如，账户管理参与者在收到prepare（2PC）或preCommit（3PC）消息后，检查账户余额是否足够、锁定账户等；在收到commit消息后更新账户余额，在收到rollback消息后解锁账户并取消预执行操作。

可能遇到的问题及解决方案

1. 协调者单点故障：
   • 问题：如果协调者出现故障，整个分布式事务可能无法继续进行，导致事务处于不确定状态。
   • 解决方案：采用主从备份机制，设置多个协调者，其中一个为主协调者，其他为备份协调者。主协调者出现故障时，备份协调者能够接替其工作，继续管理分布式事务。
2. 网络分区：
   • 问题：网络分区可能导致协调者与部分参与者失去联系，使得协调者无法获取所有参与者的响应，从而无法确定事务的最终状态。
   • 解决方案：设置超时机制，在协调者发送消息后，如果在规定时间内未收到参与者的响应，将该参与者视为响应失败。对于处于不确定状态的事务，可以通过引入恢复机制，如定期检查事务日志，尝试恢复事务状态。
3. 数据不一致：
   • 问题：在2PC中，如果协调者在发送commit消息后崩溃，部分参与者可能未收到该消息，导致数据不一致。
   • 解决方案：3PC通过引入预询问阶段和超时机制，减少了数据不一致的可能性。此外，参与者可以定期向协调者发送事务状态查询消息，确保事务状态的一致性。同时，系统可以采用日志记录所有事务操作，以便在出现故障后进行恢复和一致性检查。