面试题：分布式系统3PC状态机模型在处理网络分区时的应对策略

Question

在分布式系统中，网络分区是常见问题。当出现网络分区时，3PC的状态机模型如何保证分布式事务的一致性，详细说明其应对策略和可能面临的挑战。

Answer 1

3PC 应对网络分区保证一致性的策略

1. 阶段一：CanCommit
   • 协调者：向所有参与者发送 CanCommit 请求，询问是否可以执行事务操作。
   • 参与者：检查自身资源状态等，若可以则回复 Yes，否则回复 No。若在规定时间内未收到协调者请求或无法响应，参与者默认回复 No。
2. 阶段二：PreCommit
   • 协调者：若所有参与者都回复 Yes，则向所有参与者发送 PreCommit 请求，告知准备提交事务；若有参与者回复 No 或超时，向所有参与者发送 Abort 请求。
   • 参与者：收到 PreCommit 请求后，锁定资源，记录事务日志，但不提交事务；收到 Abort 请求则直接中断事务。若在规定时间内未收到协调者指令，参与者根据第一阶段回复决定，若第一阶段回复 Yes 则进入 PreCommit 状态等待超时，若回复 No 则中断事务。
3. 阶段三：DoCommit
   • 协调者：在 PreCommit 阶段收到所有参与者 Ack 响应后，向所有参与者发送 DoCommit 请求进行事务提交；若有参与者未响应或响应超时，向所有参与者发送 Abort 请求回滚事务。
   • 参与者：收到 DoCommit 请求后提交事务；收到 Abort 请求回滚事务。若在规定时间内未收到协调者指令，处于 PreCommit 状态且已等待超时的参与者会提交事务，因为大概率协调者正常且其他参与者已准备好提交，这是为了避免长时间阻塞。

可能面临的挑战

1. 脑裂问题：网络分区后，不同分区内的协调者和参与者可能做出不同决策。例如，一个分区内协调者认为所有参与者准备好提交并发送 DoCommit，而另一个分区协调者因部分参与者未响应而发送 Abort，导致数据不一致。
2. 同步阻塞：在等待协调者指令过程中，参与者资源被锁定，可能造成长时间阻塞，影响系统并发性能。
3. 超时机制依赖：依赖准确的超时时间设置，若超时时间过短，可能导致不必要的事务回滚；若过长，会延长资源锁定时间和阻塞时间。
4. 协调者单点问题：尽管 3PC 比 2PC 有所改进，但协调者依然是关键节点，若协调者在某些阶段故障且未及时恢复，可能导致事务无法按预期推进，影响一致性。