分布式事务框架seata落地实践

前言

seata是阿里巴巴研发的一套开源分布式事务框架，提供了AT、TCC、SAGA 和 XA 几种事务模式。本文以精品课项目组的物流后台服务为例，介绍seata框架落地的过程，遇到的问题以及解决方案。

作者/ 邓新伟

编辑/ 网易有道

有道精品课教务系统是基于springcloud的分布式集群服务。在实际业务中，存在许多分布式事务场景。然而传统的事务框架是无法实现全局事务的。长期以来，我们的分布式场景的一致性，往往指的是放弃强一致性，保证最终一致性。

我们从调研中发现，seata框架既可以满足业务需求，灵活兼容多种事务模式，又可以实现数据强一致性。

本文以物流业务为例，记录了在实际业务中落地seata框架落地的过程中遇到的一些问题以及解决方案，供大家学习讨论~欢迎大家在留言区讨论交流

1. 基础信息

seata版本：1.4
微服务框架：springcloud
注册中心：consul

2.基本框架

2.1 基本组件

seata框架分为3个组件：

TC (Transaction Coordinator) -事务协调者（即seata-server）

维护全局和分支事务的状态，驱动全局事务提交或回滚。

TM (Transaction Manager) -事务管理器（在client上，发起事务的服务）

定义全局事务的范围：开始全局事务、提交或回滚全局事务。

RM (Resource Manager) - 资源管理器（在client）

管理分支事务处理的资源，与TC交谈以注册分支事务和报告分支事务的状态，并驱动分支事务提交或回滚

2.2. 部署seata-server(TC)

在官网下载 seata 服务端，解压后执行bin/seata-server.sh即可启动。

seata-server 有2个配置文件：registry.conf 与 file.conf。而 registry.conf 文件决定了 seata-server 使用的注册中心配置和配置信息获取方式。

我们使用 consul 做注册中心，因此需要在registry.conf文件中，需要修改以下配置：


registry {
  #file 、nacos 、eureka、redis、zk、consul、etcd3、sofa
  type = "consul" ## 这里注册中心填consul
  loadBalance = "RandomLoadBalance"
  loadBalanceVirtualNodes = 10
   ... ...
  consul {
    cluster = "seata-server"
    serverAddr = "***注册中心地址***"
    #这里的dc指的是datacenter，若consul为多数据源配置需要在请求中加入dc参数。
    #dc与namespace并非是seata框架自带的，文章后面将会进一步解释
    dc="bj-th"
    namespace="seata-courseop"
  }
  ... ...
}

config {
  # file、nacos 、apollo、zk、consul、etcd3
  ## 如果启动时从注册中心获取基础配置信息，填consul
  ## 否则从file.conf文件中获取
  type = "consul"
  consul {
    serverAddr = "127.0.0.1:8500"
  }
... ...
}

其中需要注意的是，如果需要高可用部署，seata获取配置信息的方式就必须是注册中心，此时file.conf就没用了。

（当然，需要事先把file.conf文件中的配置信息迁移到consul中）


store {
  ## store mode: file、db、redis
  mode = "db"

... ...
  ## database store property
  ## 如果使用数据库模式，需要配置数据库连接设置
  db {
    ## the implement of javax.sql.DataSource, such as DruidDataSource(druid)/BasicDataSource(dbcp)/HikariDataSource(hikari) etc.
    datasource = "druid"
    ## mysql/oracle/postgresql/h2/oceanbase etc.
    dbType = "mysql"
    driverClassName = "com.mysql.jdbc.Driver"
    url = "jdbc:mysql://***线上数据库地址***/seata"
    user = "******"
    password = "******"
    minConn = 5
    maxConn = 100
    ## 这里的三张表需要提前在数据库建好
    globalTable = "global_table"
    branchTable = "branch_table"
    lockTable = "lock_table"
    queryLimit = 100
    maxWait = 5000
  }
... ...
}

service {
  #vgroup->rgroup
  vgroupMapping.tx-seata="seata-server"
  default.grouplist="127.0.0.1:8091"
  #degrade current not support
  enableDegrade = false
  #disable
  disable = false
  max.commit.retry.timeout = "-1"
  max.rollback.retry.timeout = "-1"
}

其中，global_table， branch_table， lock_table三张表需要提前在数据库中建好。

2.3 配置client端（RM与TM）

每个使用seata框架的服务都需要引入seata组件


dependencies {

    api 'com.alibaba:druid-spring-boot-starter:1.1.10'
    api 'mysql:mysql-connector-java:6.0.6'
    api('com.alibaba.cloud:spring-cloud-alibaba-seata:2.1.0.RELEASE') {
        exclude group:'io.seata', module:'seata-all'
    }
    api 'com.ecwid.consul:consul-api:1.4.5'
    api 'io.seata:seata-all:1.4.0'
}

每个服务都同样需要配置file.conf与registry.conf文件，放在resource目录下。registry.conf与server的保持一致。在file.conf文件中，除了db配置外，还需要进行client参数的配置：

client {
  rm {
    asyncCommitBufferLimit = 10000
    lock {
      retryInterval = 10
      retryTimes = 30
      retryPolicyBranchRollbackOnConflict = true
    }
    reportRetryCount = 5
    tableMetaCheckEnable = false
    reportSuccessEnable = false
  }
  tm {
    commitRetryCount = 5
    rollbackRetryCount = 5
  }
  undo {
    dataValidation = true
    logSerialization = "jackson"
    ## 这个undo_log也需要提前在mysql中创建
    logTable = "undo_log"
  }
  log {
    exceptionRate = 100
  }
}

在application.yml文件中添加seata配置：

spring:
  cloud:
      seata: ## 注意tx-seata需要与服务端和客户端的配置文件保持一致
        tx-service-group: tx-seata

另外，还需要替换项目的数据源，

@Primary
    @Bean("dataSource")
    public DataSource druidDataSource(){
        DruidDataSource druidDataSource = new DruidDataSource();
        druidDataSource.setUrl(url);
        druidDataSource.setUsername(username);
        druidDataSource.setPassword(password);
        druidDataSource.setDriverClassName(driverClassName);
        return new DataSourceProxy(druidDataSource);
    }

至此，client端的配置也已经完成了。

3. 功能演示

一个分布式的全局事务，整体是两阶段提交的模型。

全局事务是由若干分支事务组成的，

分支事务要满足两阶段提交的模型要求，即需要每个分支事务都具备自己的：

一阶段 prepare 行为
二阶段commit 或 rollback 行为

根据两阶段行为模式的不同，我们将分支事务划分为 Automatic (Branch) Transaction Mode 和 TCC (Branch) Transaction Mode.

3.1 AT模式

AT 模式基于支持本地ACID事务的关系型数据库：

一阶段 prepare 行为：在本地事务中，一并提交业务数据更新和相应回滚日志记录。
二阶段 commit 行为：马上成功结束，自动异步批量清理回滚日志。
二阶段 rollback 行为：通过回滚日志，自动生成补偿操作，完成数据回滚

直接在需要添加全局事务的方法中加上注解@GlobalTransactional


  @SneakyThrows
    @GlobalTransactional
    @Transactional(rollbackFor = Exception.class)
    public void buy(int id, int itemId){
        // 先生成订单
        Order order = orderFeignDao.create(id, itemId);
        // 根据订单扣减账户余额
        accountFeignDao.draw(id, order.amount);
    }

注意：同@Transactional一样，@GlobalTransactional若要生效也要满足：

目标函数必须为public类型
同一类内方法调用时，调用目标函数的方法必须通过springBeanName.method的形式来调用，不能使用this直接调用内部方法

3.2TCC模式

TCC 模式是支持把自定义的分支事务纳入到全局事务的管理中。

一阶段 prepare 行为：调用自定义的 prepare 逻辑。
二阶段 commit 行为：调用自定义的 commit 逻辑。
二阶段 rollback 行为：调用自定义的 rollback 逻辑。

首先编写一个TCC服务接口:

@LocalTCC
public interface BusinessAction {
    @TwoPhaseBusinessAction(name = "doBusiness", commitMethod = "commit", rollbackMethod = "rollback")
    boolean doBusiness(BusinessActionContext businessActionContext,
                       @BusinessActionContextParameter(paramName = "message") String msg);

    boolean commit(BusinessActionContext businessActionContext);

    boolean rollback(BusinessActionContext businessActionContext);
}

其中，BusinessActionContext为全局事务上下文，可以从此对象中获取全局事务相关信息（如果是发起全局事务方，传入null后自动生成），然后实现该接口:


@Slf4j
@Service
public class BusinessActionImpl implements BusinessAction {

    @Transactional(rollbackFor = Exception.class)
    @Override
    public boolean doBusiness(BusinessActionContext businessActionContext, String msg) {
        log.info("准备do business:{}",msg);
        return true;
    }

    @Transactional(rollbackFor = Exception.class)
    @Override
    public boolean commit(BusinessActionContext businessActionContext) {
        log.info("business已经commit");
        return true;
    }

    @Transactional(rollbackFor = Exception.class)
    @Override
    public boolean rollback(BusinessActionContext businessActionContext) {
        log.info("business已经rollback");
        return true;
    }
}

最后，开启全局事务方法同AT模式。

@SneakyThrows
    @GlobalTransactional
    public void doBusiness(BusinessActionContext context, String msg){
        accountFeignDao.draw(3, new BigDecimal(100));
        businessAction.doBusiness(context, msg);
    }

4. 遇到的问题

4.1 client TM/RM 无法注册到TC

在部署seata项目时常常会遇到这样的问题：在本地调试时一切正常，但是当试图部署到线上时，总是在clinet端提示注册TC端失败。

这是因为client需要先通过服务发现，找到注册中心里seata-server的服务信息，然后再与seata-server建立连接。不过线上的consul采用了多数据中心模式，在调用consul api时，必须加上dc参数项，否则将无法返回正确的服务信息；然而，seata提供的consul服务发现组件似乎并不支持dc参数的配置。
还有一个原因也会导致client无法连接到TC：seata的consul客户端在调用服务状态监控api时，使用了wait与index参数，从而使consul查询进入了阻塞查询模式。此时client对consul中要查询的key做监听，只有当key发生变化或者达到最大请求时间时，才会返回结果。貌似由于consul版本的问题，这个阻塞查询并没有监听到key的变化，反而会让服务发现的线程陷入无限等待之中，自然也就无法让client获取到server的注册信息了。

4.2 高可用部署

seata服务的高可用部署只支持注册中心模式。因此，我们需要想办法将file.conf文件以键值对的形式存到consul中。

遗憾的是，consul并没有显式支持namespace，我们只能在put请求中用“/”为分隔符起到类似的效果。当然，seata框架也没有考虑到这一点。所以我们需要修改源码中的Configuration接口与RegistryProvider接口的consul实现类，增加namespace属性

4.3global_log与branch_log

TC在想mysql插入日志数据时，偶尔会报：

Caused by: java.sql.SQLException: Incorrect string value:

application_data字段其实就是对业务数据的记录。官方给出的建表语句是这样的：

CREATE TABLE IF NOT EXISTS `global_table`
(
    `xid`                       VARCHAR(128) NOT NULL,
    `transaction_id`            BIGINT,
    `status`                    TINYINT      NOT NULL,
    `application_id`            VARCHAR(32),
    `transaction_service_group` VARCHAR(32),
    `transaction_name`          VARCHAR(128),
    `timeout`                   INT,
    `begin_time`                BIGINT,
    `application_data`          VARCHAR(2000),
    `gmt_create`                DATETIME,
    `gmt_modified`              DATETIME,
    PRIMARY KEY (`xid`),
    KEY `idx_gmt_modified_status` (`gmt_modified`, `status`),
    KEY `idx_transaction_id` (`transaction_id`)
) ENGINE = InnoDB
  DEFAULT CHARSET = utf8;

显然，VARCHAR(2000)的大小是不合适的， utf8的格式也是不合适的。所以我们需要修改seata关于数据源连接的部分代码：

// connectionInitSql设置
    protected Set<String> getConnectionInitSqls(){
        Set<String> set = new HashSet<>();
        String connectionInitSqls = CONFIG.getConfig(ConfigurationKeys.STORE_DB_CONNECTION_INIT_SQLS);
        if(StringUtils.isNotEmpty(connectionInitSqls)) {
            String[] strs = connectionInitSqls.split(",");
            for(String s:strs){
                set.add(s);
            }
        }
        // 默认支持utf8mb4
        set.add("set names utf8mb4");
        return set;
    }

5. 自定义开发

5.1 利用SPI机制编写自定义组件

seata基于java的spi机制提供了自定义实现接口的功能，我们只需要在自己的服务中，根据seata的接口写好自己的实现类即可。

SPI（Service Provider Interface）是JDK内置的服务发现机制，用在不同模块间通过接口调用服务，避免对具体服务服务接口具体实现类的耦合。比如JDBC的数据库驱动模块，不同数据库连接驱动接口相同但实现类不同，在使用SPI机制以前调用驱动代码需要直接在类里采用Class.forName(具体实现类全名）的方式调用，这样调用方依赖了具体的驱动实现，在替换驱动实现时要修改代码。

以ConsulRegistryProvider为例：

ConsulRegistryServiceImpl


// 增加DC和namespace
  private static String NAMESPACE;
  private static String DC;

  private ConsulConfiguration() {
      Config registryCongig = ConfigFactory.parseResources("registry.conf");
      NAMESPACE = registryCongig.getString("config.consul.namespace");
      DC = CommonSeataConfiguration.getDatacenter();
      consulNotifierExecutor = new ThreadPoolExecutor(THREAD_POOL_NUM, THREAD_POOL_NUM, Integer.MAX_VALUE,
              TimeUnit.MILLISECONDS, new LinkedBlockingQueue<>(),
              new NamedThreadFactory("consul-config-executor", THREAD_POOL_NUM));
  }
  ... ...
// 同时在getHealthyServices中，删除请求参数wait&index    
  /**
   * get healthy services
   *
   * @param service
   * @return
   */
  private Response<List<HealthService>> getHealthyServices(String service, long index, long watchTimeout) {
      return getConsulClient().getHealthServices(service, HealthServicesRequest.newBuilder()
              .setTag(SERVICE_TAG)
              .setDatacenter(DC)
              .setPassing(true)
              .build());
  }

ConsulRegistryProvider 注意order要大于seata包中的默认值1，seata类加载器会优先加载order更大的实现类

@LoadLevel(name = "Consul" ,order = 2)
public class ConsulRegistryProvider implements RegistryProvider {
 @Override
 public RegistryService provide() {
     return ConsulRegistryServiceImpl.getInstance();
 }
}

然后在META-INF 的services目录下添加：io.seata.discovery.registry.RegistryProvider
```
com.youdao.ke.courseop.common.seata.ConsulRegistryProvider
```
这样就可以替换seata包中的实现了。

5.2 common-seata工具包

对于这些自定义实现类，以及一些公共client配置，我们可以统一封装到一个工具包下：

这样，其他项目只需要引入这个工具包，就可以无需繁琐的配置，直接使用了。

gradle引入common包：


api 'com.youdao.ke.courseop.common:common-seata:0.0.+'

6. 落地实例

以一个物流场景为例：
业务架构：

logistics-server （物流服务）
logistics-k3c-server (物流-金蝶客户端，封装调用金蝶服务的api
elasticsearch

业务背景：logistics 执行领用单新增，在 elasticsearch 中更新数据，同时通过 rpc 调用 logistics-k3c 的金蝶出库方法，生成金蝶单据，如图2所示

问题：如果elasticsearch单据更新出现异常，金蝶单据将无法回滚，造成数据不一致的问题。

在部署完seata线上服务后，只需要在logistics与logistics-k3c中分别引入common-seata工具包

logistics服务：

 // 使用全局事务注解开启全局事务
    @GlobalTransactional
    @Transactional(rollbackFor = Exception.class)
    public void Scm通过(StaffOutStockDoc staffOutStock, String body) throws Exception {
        ... 一些业务处理...
         // 构建金蝶单据请求
        K3cApi.StaffoutstockReq req = new K3cApi.StaffoutstockReq();
        req.materialNums = materialNums;
        req.staffOutStockId = staffOutStock.id;
        ... 一些业务处理 ...
       // 调用logistics-k3c-api金蝶出库
        k3cApi.staffoutstockAuditPass(req);

        staffOutStock.status = 待发货;
        staffOutStock.scmAuditTime = new Date();
        staffOutStock.updateTime = new Date();
        staffOutStock.historyPush("scm通过");
        // 更新对象后存入elasticsearch
        es.set(staffOutStock);
    }

logistics-k3c：

由于我们新增单据接口是调用金蝶的服务，所以这里使用TCC模式构建事务接口

首先创建StaffoutstockCreateAction接口

@LocalTCC
public interface StaffoutstockCreateAction {
  @TwoPhaseBusinessAction(name = "staffoutstockCreate")
  boolean create(BusinessActionContext businessActionContext,
                     @BusinessActionContextParameter(paramName = "staffOutStock") StaffOutStock staffOutStock,
                     @BusinessActionContextParameter(paramName = "materialNum") List<Triple<Integer, Integer, Integer>> materialNum);

  boolean commit(BusinessActionContext businessActionContext);

  boolean rollback(BusinessActionContext businessActionContext);

}

接口实现StaffoutstockCreateActionImpl

@Slf4j
@Service
public class StaffoutstockCreateActionImpl implements StaffoutstockCreateAction {

  @Autowired
  private K3cAction4Staffoutstock k3cAction4Staffoutstock;

  @SneakyThrows
  @Transactional(rollbackFor = Exception.class)
  @Override
  public boolean create(BusinessActionContext businessActionContext, StaffOutStock staffOutStock, List<Triple<Integer, Integer, Integer>> materialNum) {
      //金蝶单据新增
      k3cAction4Staffoutstock.staffoutstockAuditPass(staffOutStock, materialNum);
      return true;
  }

  @SneakyThrows
  @Transactional(rollbackFor = Exception.class)
  @Override
  public boolean commit(BusinessActionContext businessActionContext) {
      Map<String, Object> context = businessActionContext.getActionContext();
      JSONObject staffOutStockJson = (JSONObject) context.get("staffOutStock");
      // 如果尝试新增成功，commit不做任何事
      StaffOutStock staffOutStock = staffOutStockJson.toJavaObject(StaffOutStock.class);
      log.info("staffoutstock {} commit successfully!", staffOutStock.id);
      return true;
  }

  @SneakyThrows
  @Transactional(rollbackFor = Exception.class)
  @Override
  public boolean rollback(BusinessActionContext businessActionContext) {
      Map<String, Object> context = businessActionContext.getActionContext();
      JSONObject staffOutStockJson = (JSONObject) context.get("staffOutStock");
      StaffOutStock staffOutStock = staffOutStockJson.toJavaObject(StaffOutStock.class);
      // 这里调用金蝶单据删除接口进行回滚
      k3cAction4Staffoutstock.staffoutstockRollback(staffOutStock);
      log.info("staffoutstock {} rollback successfully!", staffOutStock.id);
      return true;
  }
}

封装为业务方法

/**
   * 项目组领用&报废的审核通过：新增其他出库单
   * 该方法使用seata-TCC方案实现全局事务
   * @param staffOutStock
   * @param materialNum
   */
  
  @Transactional
  public void staffoutstockAuditPassWithTranscation(StaffOutStock staffOutStock,
                                                    List<Triple<Integer, Integer, Integer>> materialNum){
      staffoutstockCreateAction.create(null, staffOutStock, materialNum);
  }

k3c API实现类


 @SneakyThrows
  @Override
  public void staffoutstockAuditPass(StaffoutstockReq req) {
      ... 一些业务处理方法 ...
      //这里调用了封装好的事务方法
      k3cAction4Staffoutstock.staffoutstockAuditPassWithTranscation(staffOutStock, triples);
  }

这样，一个基于 TCC 的全局事务链路就建立起来了。

当全局事务执行成功时，我们可以在 server 中看到打印的日志（如图3）：

如果全局事务执行失败，会进行回滚，此时会执行接口中的rollback，调用金蝶接口删除生成的单据，如图4。

7. 总结

本文以seata框架的部署与使用为主线，记录了seata 框架运用的一些关键步骤与技术细节，并针对项目落地时遇到的一些的技术问题提供了解决方案。

在后续的推文中，我们还将继续以 seata 框架的源码解析为主线，向大家介绍 seata 实现分布式事务的核心原理与技术细节。
-END-

分布式事务框架seata落地实践

前言

1. 基础信息

2.基本框架

2.1 基本组件

2.2. 部署seata-server(TC)

2.3 配置client端（RM与TM）

3. 功能演示

3.1 AT模式

3.2TCC模式

4. 遇到的问题

4.1 client TM/RM 无法注册到TC

4.2 高可用部署

4.3global_log与branch_log

5. 自定义开发

5.1 利用SPI机制编写自定义组件

5.2 common-seata工具包

6. 落地实例

7. 总结

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