面试题：Java JDBC在分布式事务场景下执行SQL语句的解决方案

Question

假设你正在开发一个分布式系统，其中涉及多个数据库节点，需要使用JDBC执行SQL语句并保证事务的一致性。请详细描述你会采用哪些技术和方案来处理分布式事务，例如两阶段提交（2PC）、三阶段提交（3PC）、TCC（Try - Confirm - Cancel）模式等在JDBC场景中的应用，以及可能面临的挑战和如何解决。

Answer 1

1. 两阶段提交（2PC）在JDBC场景中的应用

• 应用流程：
  • 第一阶段（投票阶段）：协调者向所有参与事务的数据库节点（参与者）发送准备（Prepare）消息。各参与者接收到消息后，执行SQL语句的预检查，例如检查数据的完整性、锁的获取等，但不真正提交事务。如果预检查成功，参与者向协调者回复“准备就绪（Ready）”；否则回复“失败（Abort）”。在JDBC中，这意味着通过Connection.prepareStatement等方法执行SQL语句，使用Connection.setAutoCommit(false)开启事务，并进行必要的检查。
  • 第二阶段（提交/回滚阶段）：如果协调者收到所有参与者的“准备就绪”回复，那么向所有参与者发送提交（Commit）消息，参与者接收到提交消息后正式提交事务（在JDBC中通过Connection.commit方法）。如果有任何一个参与者回复“失败”，协调者向所有参与者发送回滚（Rollback）消息，参与者接收到回滚消息后回滚事务（在JDBC中通过Connection.rollback方法）。
• 面临挑战及解决：
  • 单点故障：协调者一旦崩溃，整个事务处理可能陷入不确定状态。解决方法可以采用选举机制，例如使用ZooKeeper，当协调者故障时，从参与者中选举出新的协调者，新协调者通过询问参与者的事务状态来决定是提交还是回滚事务。
  • 阻塞问题：在第二阶段，参与者需要等待协调者的指令，期间资源被锁定，可能造成长时间阻塞。可以设置超时机制，当参与者等待超时后，可以主动询问协调者事务状态，避免无限期阻塞。

2. 三阶段提交（3PC）在JDBC场景中的应用

• 应用流程：
  • 第一阶段（CanCommit阶段）：协调者向参与者发送CanCommit消息，询问参与者是否可以执行事务。参与者接收到消息后，进行一些轻量级的检查，如检查自身是否处于正常运行状态等，然后回复协调者可以（Yes）或不可以（No）执行事务。在JDBC中，此阶段可以进行一些基本的数据库连接状态检查等操作。
  • 第二阶段（PreCommit阶段）：如果协调者收到所有参与者的“可以”回复，向参与者发送PreCommit消息。参与者接收到消息后，执行与2PC第一阶段类似的预检查和资源锁定操作，并回复协调者准备就绪（Ready）或失败（Abort）。JDBC操作与2PC第一阶段类似，通过Connection.prepareStatement执行SQL语句，开启事务并进行预检查。
  • 第三阶段（DoCommit阶段）：如果协调者收到所有参与者的“准备就绪”回复，向参与者发送DoCommit消息，参与者正式提交事务（Connection.commit）。如果有任何一个参与者回复“失败”，或者协调者等待超时，协调者向参与者发送Abort消息，参与者回滚事务（Connection.rollback）。
• 面临挑战及解决：
  • 复杂性增加：相比2PC，3PC增加了一个阶段，使得系统复杂度上升。需要仔细设计和测试各个阶段的逻辑，确保其正确性和稳定性。
  • 网络分区：在网络分区情况下，可能导致部分参与者收到不同的指令。可以通过引入全局时钟或类似于Paxos算法的一致性协议来解决，确保不同分区内的节点对事务状态达成一致。

3. TCC（Try - Confirm - Cancel）模式在JDBC场景中的应用

• 应用流程：
  • Try阶段：业务逻辑层调用各个服务的Try方法，在每个服务内部，通过JDBC执行SQL语句进行资源预留。例如，在涉及资金转账的分布式事务中，转出账户服务的Try方法可能通过JDBC执行SQL语句冻结转出金额，转入账户服务的Try方法可能通过JDBC执行SQL语句预留转入金额的空间。
  • Confirm阶段：如果所有服务的Try方法都执行成功，业务逻辑层调用各个服务的Confirm方法，各个服务通过JDBC执行最终的提交操作，如将冻结的资金真正转出和转入。
  • Cancel阶段：如果Try阶段有任何一个服务执行失败，业务逻辑层调用各个服务的Cancel方法，各个服务通过JDBC执行回滚操作，释放之前预留的资源，如解冻转出金额，取消转入金额的预留。
• 面临挑战及解决：
  • 幂等性问题：Confirm和Cancel方法可能会被重复调用，需要保证这些方法的幂等性。可以通过在数据库中记录操作日志，每次执行方法前先检查日志，确保相同操作不会重复执行产生错误。
  • 业务侵入性：TCC模式需要业务代码进行改造以实现Try、Confirm和Cancel方法，对业务的侵入性较大。需要在设计之初就充分考虑业务逻辑，合理划分服务和设计接口，尽量减少对原有业务的影响。