面试题：分布式系统中分布式事务一致性解决方案之2PC

Question

请简述二阶段提交（2PC）协议在分布式事务一致性中的工作原理，以及它存在哪些局限性？

Answer 1

二阶段提交（2PC）协议工作原理

1. 第一阶段：准备阶段（投票阶段）
   • 协调者向所有参与者发送事务内容，询问是否可以执行事务提交操作，并等待各参与者的响应。
   • 参与者接收到请求后，会执行事务操作，并将Undo和Redo信息记录到事务日志中，但不真正提交事务。
   • 然后参与者向协调者反馈事务执行的结果，如果事务执行成功，反馈“同意”；如果事务执行失败，反馈“中止”。
2. 第二阶段：提交阶段（执行阶段）
   • 情况一：所有参与者都反馈“同意”
     • 协调者接收到所有参与者的“同意”反馈后，向所有参与者发送“提交”指令。
     • 参与者接收到“提交”指令后，正式提交事务，完成数据持久化，并释放事务处理过程中占用的资源。
   • 情况二：有任何一个参与者反馈“中止”或者等待超时
     • 协调者向所有参与者发送“回滚”指令。
     • 参与者接收到“回滚”指令后，利用之前记录的Undo信息回滚事务，撤销之前执行的操作，并释放资源。

二阶段提交（2PC）协议局限性

1. 单点故障问题
   • 协调者是整个2PC协议的核心，如果协调者发生故障，整个分布式事务无法继续进行。例如，在准备阶段协调者故障，参与者会一直等待协调者的后续指令，造成资源浪费和事务阻塞。在提交阶段协调者故障，部分参与者可能已经提交事务，而部分可能还未收到提交指令，导致数据不一致。
2. 同步阻塞问题
   • 在整个2PC过程中，参与者在等待协调者指令期间，会锁定资源并处于阻塞状态。比如在准备阶段，参与者执行完事务操作后，一直等待协调者的提交或回滚指令，期间无法处理其他事务，这会严重影响系统的并发性能。
3. 数据不一致问题
   • 当协调者向参与者发送提交指令后，部分参与者成功提交事务，而另一部分由于网络问题等未收到指令未能提交，就会出现数据不一致。例如，在一个分布式转账场景中，A账户扣款成功提交事务，而B账户收款却因未收到提交指令未完成入账，导致数据不一致。
4. 性能问题
   • 2PC协议需要协调者与参与者之间多次交互，网络开销较大。同时，由于同步阻塞的存在，在高并发场景下，系统整体性能会受到严重影响。比如在电商的高并发订单处理场景中，大量事务因2PC的同步阻塞和网络交互开销，导致响应时间变长，用户体验变差。