MySQL XA 事务和分布式事务处理模型：2阶段提交

作于： 2021 年 7 月 9 日，预计阅读时间 11 分钟

关于 MySQL XA 事务和 2PC（两阶段提交）分布式事务处理模型（Distributed Transaction Processing, DTP Model）的学习笔记。

事务

分布式事务XA

介绍

MySQL内建分布式事务支持（XA），参考文档列出如下

XA 事务在 InnoDB 引擎中可用。MySQL XA 事务实现基于 X/Open CAE 文档 《Distributed Transaction Processing: The XA Specification》。这份文档由 Open Group 发布，可以在 http://www.opengroup.org/public/pubs/catalog/c193.htm 访问。当前 XA 实现的局限可以在 Section 13.3.8.3, “Restrictions on XA Transactions” 查看。

...

XA 事务是全局事务关联的一组事务性动作，要么全部成功，要么全部回滚。本质上，这是让 ACID 属性“提升了一层”，让多个ACID事务可以作为一个全局操作的一部分执行，使得这个全局操作也具备ACID属性。（对于非分布式事务，应用如果对读敏感，则SERIALIZABLE更推荐。REPEATABLE READ 在分布式事务中并不是很有效。）

事务模型

DTM

其中：

用户程序不用介绍。

根据 Open Group 在 Distributed Transaction Processing Model 中的定义，一个典型的 RM 可以是一个支持事务的数据库（DBMS）。

TM 则是协调整个二阶段提交过程的中介。AP从TM获得XID，完成 XA START 到 XA END ，然后告知 TM 就绪。TM提取本次事务的所有XID，向RMs发出XA PREPARE请求，如果失败则对每个 XID 发出 XA ROLLBACK ，成功则继续发出 XA COMMIT 。

需注意的是，XA PREPARE 失败可以通知其他事务回滚，但XA COMMIT 失败则只能等待数据库恢复，再行重试。XA PREPARE一旦成功，则XA COMMIT 一定成功（或者说必须成功）。

TM 实现要求自身崩溃后必须能清理恢复，防止出现XA事务死锁。

几个 TM 角色（或整套方案）的实现：

基本用法

XA {START|BEGIN} xid [JOIN|RESUME]

XA END xid [SUSPEND [FOR MIGRATE]]

XA PREPARE xid

XA COMMIT xid [ONE PHASE]

XA ROLLBACK xid

XA RECOVER [CONVERT XID]

其中 XA START 后跟随的 JOIN和RESUME子句没有任何效果。

XA END 后跟随的 SUSPEND 和 FOR MIGRATE 子句也没有任何效果。

任何XA语句都以XA关键字开头，大多XA语句都需要xid值。xid 是 XA事务的标识符 ，它确定语句应用到哪个XA事务上。

xid值可以由客户端指定或 MySQL 服务器生成。

一个xid值有一到三个部分：

xid: gtrid [, bqual [, formatID ]]

gtrid 是全局事务标识符 ，bqual 是分支修饰符，formatID是一个标记 gtrid 和 bqual 格式的数字。

gtrid 和 bqual 必须是字符串字面量，最多不超过 64 字节 长。gtrid 和 bqual 可以以多种方式指定，可以用引号包围的字符串（'ab'）；十六进制字符串（X'6162'，0x6162）；或者二进制值（b'nnn'）。

formatID 必须是一个无符号整数。

gtrid 和 bqual 值在 MySQL 服务器的底层 XA 支持程序中被解释为字节。不过，服务器在解释包含XA语句的SQL时，可能设置了特定字符集。安全起见，最好将 gtrid 和 bqual 写作十六进制字符串形式。

xid 值通常是由事务管理器生成。一个事务管理器产生的xid必须与另一个事务管理器产生的xid不同。一个给定的事务管理器必须能在 XA RECOVER 返回的 xid 列表中识别出属于自己的 xid 。

XA START xid 以指定的 xid 开启一个新 XA 事务。每个 XA 事务必须包含一个唯一的 xid ，xid 不能正在被另一个 XA 事务使用。唯一性通过 gtrid 与 bqual 评估。该 XA 事务的后续 XA 语句都必须指定XA START中指定的 xid。如果使用XA语句但没有指定一个对应XA事务的xid，则产生一个错误。

多个XA事务可以是同一个全局事务的组成部分。在同一个全局事务中所有XA事务的xid必须使用同一个 gtrid 值。因此，gtrid 必须全局唯一以避免混淆。全局事务中XA事务xid 的 bqual 部分必须互不相同。（要求 bqual 不同是当前MySQL实现的限制，并不是XA规范的一部分。）

XA RECOVER 语句返回 MySQL 服务器中处于 PREPARED 状态的 XA 事务信息。输出中每一行都是一个服务器上的 XA 事务，不论是哪个客户端启动的事务。

执行 XA RECOVER 需要 XA_RECOVER_ADMIN 特权。这个特权需求是为了防止用户发现其他不属于自己的事务xid，不影响XA事务的正常提交和回滚。

XA RECOVER 输出类似下面这样

mysql> XA RECOVER;
+----------+--------------+--------------+--------+
| formatID | gtrid_length | bqual_length | data   |
+----------+--------------+--------------+--------+
|        7 |            3 |            3 | abcdef |
+----------+--------------+--------------+--------+

其中：

XID值可能包含不可打印的字符。XA RECOVER 允许一个可选的 CONVERT XID 子句，以便客户端可以请求十六进制格式的 XID 值。

事务状态

一个 XA 事务经历以下状态

  1. 使用XA START启动的XA事务，进入ACTIVE状态。
  2. 一个处于ACTIVE状态的XA事务，可以发出SQL语句填充事务，然后发出XA END语句。XA END语句令XA事务进入IDLE状态。
  3. 一个处于IDLE状态的XA事务，可以发出XA PREPARE语句或XA COMMIT ... ONE PHASE语句。
    • XA PREPARE 语句令XA事务进入PREPARED 状态。XA RECOVER 语句此时可以发现并列出此事务的 XID。XA RECOVER 可以列出所有处于 PREPARED 状态的 XA 事务的 XID。
    • XA COMMIT ... ONE PHASE 准备并提交XA事务。xid不会列出在XA RECOVER中，因为XA事务实际在执行语句后就结束了。
  4. 一个处于PREPARED状态的XA事务，可以发出XA COMMIT语句来提交并结束XA事务，或发出XA ROLLBACK来回滚并结束事务。

image-20210831105435330

下面是一个简单的XA事务例子，作为一个全局事务，插入一个行。

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)

在给定客户端连接的上下文中，XA事务和本地事务彼此互斥。举例来说，如果XA START发出并启动了一个XA事务，此时不能再启动一个本地事务直到XA事务被提交或回滚。反过来说，如果一个本地事务已经通过START TRANSACTION启动，则不能执行任何XA语句直到本地事务被提交或回滚。

如果一个XA事务在ACTIVE状态，则不能发出任何产生隐式提交的语句（如 create table），因为这违反了XA协议，导致不能回滚XA事务。尝试执行这类语句会导致一个错误：

ERROR 1399 (XAE07): XAER_RMFAIL: The command cannot be executed
when global transaction is in the ACTIVE state

XA 事务实验

准备数据库

create database if not exists test;
create table if not exists test123 (
  `id` bigint primary key auto_increment,
  `name` varchar(64) not null
);

启动一个 XA 事务，插入表，最后提交。

xa start 'this-is-gtrid','this-is-bqual';
insert into test123(name) values('distributed transaction!');
xa end 'this-is-gtrid','this-is-bqual';

-- 准备
xa prepare 'this-is-gtrid','this-is-bqual';

-- 应该看到上一步 prepare 的 xa 事务
xa recover;

-- 提交 xa 事务。
xa commit 'this-is-gtrid','this-is-bqual';
-- 或者 rollback
-- xa rollback 'this-is-gtrid','this-is-bqual';

执行完成后，可以发现表中多了一条记录

select * from test123;

/mysql/