MySQL分布式事务XA介绍

简单印象2018年10月29日约 7 分钟

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在生产环境的MySQL架构部署中，为了降低单点压力，通常会根据业务的特征情况，对数据进行分库分表，将数据拆分存储在不同的数据库实例中。由于多节点的存在，原来的本地事务已经不能支持此时的分布式应用场景。MySQL为我们提供了分布式事务解决方案-XA事务。

XA事务支持当前仅限于InnoDB存储引擎。XA支持分布式事务，即允许多个单独的事务资源参与全局事务的能力。事务资源通常是RDBMS，但可能是其他类型的资源。全局事务涉及多个事务本身的操作，但所有操作必须作为一个整体单元成功完成，或者全部作为一个整体单元回滚。

使用全局事务的应用程序涉及一个或多个资源管理器和事务管理器：

资源管理器（RM，resource manager）提供对事务资源的访问。数据库服务器是一种资源管理器。必须可以提交或回滚RM管理的事务。
事务管理器（TM，transaction manager）事务管理器是分布式事务的核心管理者。它与处理每个事务的RM进行通信，协调并完成事务的处理。全局事务中的各个事务是全局事务的“分支”。事务的各个分支由唯一命名进行标识（XA事务标识符xid，参见：https://dev.mysql.com/doc/refman/5.7/en/xa-statements.html）。

MySQL的XA实现使MySQL服务器可以充当资源管理器，处理全局事务中的XA事务，而连接到MySQL服务器的客户端程序充当事务管理器。要执行全局事务，必须知道涉及哪些组成部分，并将每个组成部分置于可以提交或回滚的位置。而且要么所有都必须提交，要么所有都必须回滚。

XA分布式事务原理：2PC（2阶段提交）

分布式事务通常采用2PC协议，全称Two Phase Commitment Protocol。该协议主要为了解决在分布式数据库场景下，所有节点间数据一致性的问题。分布式事务通过2PC协议将提交分成两个阶段：

prepare
commit/rollback

在第一阶段，所有分支都准备好了。也就是说，TM告诉他们准备提交。通常，这意味着管理分支的每个RM都会记录稳定存储中分支的操作。分支表明他们是否能够这样做，并且这些结果用于第二阶段。

在第二阶段，TM告诉RM是否提交或回滚。如果所有分支在准备好时都表明他们能够提交，则告知所有分支都要提交。如果任何分支在准备时指示它将无法提交，则告知所有分支回滚。

如下图所示：

图片来源于网络

MySQL的XA事务分为外部XA和内部XA

外部XA用于跨多个MySQL实例的分布式事务，需要应用层作为协调者，通俗的说就是比如我们在PHP中写代码，那么PHP书写的逻辑就是协调者。应用层负责决定提交还是回滚，崩溃时的悬挂事务。MySQL数据库外部XA可以用在分布式数据库代理层，实现对MySQL数据库的分布式事务支持，例如开源的代理工具：网易的DDB，淘宝的TDDL等等。
内部XA事务用于同一实例下跨多引擎事务，由Binlog作为协调者，比如在一个存储引擎提交时，需要将提交信息写入二进制日志，这就是一个分布式内部XA事务，只不过二进制日志的参与者是MySQL本身。Binlog作为内部XA的协调者，在binlog中出现的内部xid，在crash recover时，由binlog负责提交。(这是因为，binlog不进行prepare，只进行commit，因此在binlog中出现的内部xid，一定能够保证其在底层各存储引擎中已经完成prepare)。

对于“外部XA”，MySQL服务器充当资源管理器，客户端程序充当事务管理器。对于“内部XA”，MySQL服务器中的存储引擎充当RM，而服务器本身充当TM。针对宕机后提交悬挂事务没有记录binlog继而导致主从数据不一致问题，可以将PREPARE成功的事务写日志，但并不是写在二进制日志中，而是写在每个对应分布式事务的单独文件中。

XA事务的基本语法

XA {START|BEGIN} xid [JOIN|RESUME]XA END xid [SUSPEND [FOR MIGRATE]]XA PREPARE xidXA COMMIT xid [ONE PHASE]XA ROLLBACK xidXA RECOVER [CONVERT XID]

每个XA语句都以XA关键字开头，其中大多数都需要一个xid值。xid是XA事务标识符，它指示该语句适用于哪个事务。xid值由客户端提供，或由MySQL服务器生成。更多xid的组成介绍，可以参考文末【XA事务SQL语法】

XA事务示例

由于目前MySQL只有InnoDB存储引擎支持XA事务，所以：

首先要确保你选择的引擎是InnoDB
查看MySQL是否开启XA事务支持：

SHOW VARIABLES LIKE '%xa%';

如果innodb_support_xa的值是ON，则说明已经开启了XA事务支持，否则需执行：

SET innodb_support_xa = ON

完成上面的验证后，对内部XA和外部XA分别举例如下：

内部XA简单示例

mysql> XA START 'xatest';Query OK, 0 rows affected (0.00 sec)mysql> INSERT INTO mytable (i) VALUES(10);Query OK, 1 row affected (0.04 sec)mysql> XA END 'xatest';Query OK, 0 rows affected (0.00 sec)mysql> XA PREPARE 'xatest';Query OK, 0 rows affected (0.00 sec)mysql> XA COMMIT 'xatest';Query OK, 0 rows affected (0.00 sec)

外部XA示例

<?php$xatest1 = new mysqli("192.168.33.10","root","123456","xatest1")or die("xatest1 连接失败");$xatest2 = new mysqli("192.168.33.11","root","123456","xatest2")or die("xatest2 连接失败");//为XA事务指定一个id，xid 必须是一个唯一值。$xid = uniqid();//两个库指定同一个事务id，表明这两个库的操作处于同一事务中$xatest1->query("XA START '$xid'");//开始xa事务$xatest2->query("XA START '$xid'");//开始xa事务try {    //$xatest1    $return = $xatest1->query("UPDATE db1 SET class=1 WHERE id=1") ;    if($return == false) {        throw new Exception("192.168.33.10执行更新失败");    }    //$xatest2    $return = $dbtest2->query("UPDATE db2 SET grade=2 WHERE id=1") ;    if($return == false) {        throw new Exception("192.168.33.11执行更新失败");    }    //阶段1：$xatest1提交准备就绪，PREPARE    $dbtest1->query("XA END '$xid'");    $dbtest1->query("XA PREPARE '$xid'");    //阶段1：$xatest2提交准备就绪，PREPARE    $dbtest2->query("XA END '$xid'");    $dbtest2->query("XA PREPARE '$xid'");    //阶段2：提交两个库    $dbtest1->query("XA COMMIT '$xid'");    $dbtest2->query("XA COMMIT '$xid'");} catch (Exception $e) {    //阶段2：回滚    $dbtest1->query("XA ROLLBACK '$xid'");    $dbtest2->query("XA ROLLBACK '$xid'");    echo $e->getMessage();}$xatest1->close();$xatest2->close();

XA事务在使用中的问题

在给定客户端连接的上下文中，XA事务和本地（非XA）事务是互斥的。例如，如果XA START已发出已开始XA事务，则在提交或回滚XA事务之前无法启动本地事务。相反，如果已启动本地事务 START TRANSACTION，则在提交或回滚事务之前，不能使用任何XA语句。
MySQL数据库的主备数据库的同步，通过Binlog的复制完成。而Binlog是MySQL数据库内部XA事务的协调者，并且MySQL数据库为binlog做了优化——binlog不写prepare日志，只写commit日志。所有的参与节点prepare完成，在进行xa commit前crash。crash recover如果选择commit此事务。由于binlog在prepare阶段未写，因此主库中看来，此分布式事务最终提交了，但是此事务的操作并未写到binlog中，因此也就未能成功复制到备库，从而导致主备库数据不一致的情况出现。而crash recover如果选rollback, 那么就会出现全局不一致（该分布式事务对应的节点，部分已经提交，无法回滚，而部分节点回滚。最终导致同一分布式事务，在各参与节点，最终状态不一致）。针对这个问题，可选的替代方案有（1）不使用主从复制进行备份，而是直接使用xa事务实现同步写来作为备份；（2）将PREPARE成功的事务写日志，但并不是写在二进制日志中，而是写在每个对应分布式事务的单独文件中。

XA事务的性能

XA事务的性能很差，建议采用高性能的消息中间件处理分布式系统间的数据交互，以达到数据最终一致性。

参考资料

mysql的XA官方文档：http://dev.mysql.com/doc/refman/5.7/en/xa.html
XA事务SQL语法：https://dev.mysql.com/doc/refman/5.7/en/xa-statements.html
分布式TP：XA规范 : https://publications.opengroup.org/c193
XA事务的限制：https://dev.mysql.com/doc/mysql-reslimits-excerpt/8.0/en/xa-restrictions.html