面试题：MongoDB分片集群中事务跨节点处理基础

Question

在MongoDB分片集群中，简述事务跨节点处理时，两阶段提交（2PC）的基本流程以及MongoDB是如何利用它来保证事务原子性的？

Answer 1

两阶段提交（2PC）基本流程

1. 准备阶段（Prepare Phase）：
   • 事务协调者（通常是发起事务的节点）向所有参与事务的节点（分片节点）发送prepare请求。
   • 每个参与节点接收到prepare请求后，开始执行事务操作，包括数据的修改等，但并不真正提交这些修改，而是将操作记录在日志中，同时向协调者回复ready或abort。若节点成功完成事务操作准备，则回复ready；若在准备过程中出现错误，如资源不足、违反约束等，则回复abort。
2. 提交阶段（Commit Phase）：
   • 如果协调者收到所有参与节点都回复ready，则向所有节点发送commit请求。每个节点收到commit请求后，将日志中的事务操作正式提交，完成数据持久化。
   • 如果协调者收到任何一个节点回复abort，或者在规定时间内部分节点没有响应，那么协调者向所有节点发送abort请求，各节点回滚之前的事务操作，撤销准备阶段所做的修改。

MongoDB利用2PC保证事务原子性的方式

1. 事务协调：在MongoDB分片集群中，mongos作为事务协调者角色。当客户端发起一个跨节点事务时，mongos负责协调各个分片节点执行2PC流程。
2. 日志记录：每个分片节点在准备阶段将事务操作记录到预写日志（WAL）中，确保即使在系统崩溃等异常情况下，也能恢复到事务执行前的状态。这是保证原子性的基础，因为如果出现故障需要回滚，依赖这些日志来撤销未完成的事务操作。
3. 节点间通信：mongos与各个分片节点之间通过可靠的网络通信来完成2PC流程的消息传递。mongos确保prepare、commit或abort等消息准确无误地发送到各分片节点，并能及时收到节点的响应。这样可以避免因消息丢失或错误导致部分节点执行不一致的情况，进而保证所有参与事务的节点要么全部提交事务，要么全部回滚事务，从而实现事务原子性。
4. 故障处理：如果在2PC过程中某个节点出现故障，MongoDB有相应的机制来处理。例如，在准备阶段某个节点故障未响应prepare请求，mongos会等待一段时间，若超时仍未收到响应则判定该节点故障，向其他节点发送abort请求。对于故障恢复后的节点，MongoDB会根据日志状态来决定是继续完成事务（若之前已ready）还是回滚事务。