Go 語言中的分散式事務處理如何實現？

隨著網路應用規模不斷擴大和垂直服務的逐漸拆分，分散式系統的發展變得越來越重要。隨之而來的問題是，如何在這樣的系統中處理事務一致性的問題。這篇文章將介紹 Go 語言中的一些主流分散式事務處理方案，以及它們的實作原理。

傳統 ACID 事務

在單機系統中，應用程式通常使用傳統的 ACID 事務來確保資料的一致性。 ACID 是Atomicity、Consistency、Isolation、Durability 的縮寫，分別代表事務的四個關鍵屬性：

• 原子性（Atomicity）：一個事務中的一系列操作，要么全部成功，要么全部失敗，不存在中間狀態。
• 一致性（Consistency）：交易的執行不會破壞資料庫中的完整性限制。
• 隔離性（Isolation）：並發執行的多個交易之間是隔離的，不會互相干擾。
• 持久性（Durability）：交易一旦提交，其結果就是永久性的。

然而，當一個應用程式變成了分散式應用程序，就需要管理更多的複雜性，包括網路延遲、不可靠的訊息傳遞、資料分割等問題，如果仍然使用傳統的_ACID_事務，將增加系統的複雜性和開銷，出現效能瓶頸，並限制系統的可擴展性。因此，分散式系統需要一種新的能夠管理分散式環境下的事務一致性的方案。

CAP 理論

在分散式系統中，CAP 理論用來描述三個關鍵要素中的衝突：

• 一致性（Consistency）：在分佈在式環境下，所有的節點都具有相同的視圖。
• 可用性（Availability）：應用程式在請求時的回應時限制適當的精確度。
• 分割區容忍性（Partition Tolerance）：系統在機器之間的網路分割區出現時能夠繼續運作。

CAP 理論認為，在任何分散式系統中，至多只能同時滿足其中兩個要素。也就是說，如果我們要在分散式系統中實現一致性和可用性，就必須容忍網路分區的出現。如果我們要實現一致性和分區容忍性，就必須在這種情況下放棄可用性。

BASE 交易

與 ACID 不同，分散式系統通常使用 BASE 式交易來處理交易一致性。 BASE 是 Basically Available、Soft state、Eventually consistent 的縮寫。

• Basically Available：盡量確保系統的可用性，即使系統故障也不會影響整個系統的可用性。
• Soft state：系統會讓狀態資料在一段時間內是不一致的，不保證狀態資料即時一致。 Eventually Consistent：系統最終一定會達到一致狀態。

BASE 交易不保證強一致性，而是透過最終一致性來達到交易一致性的目標。 BASE 事務不適用於需要滿足約束的應用程序，但適用於大型應用程式、資料倉儲等需要處理大量資料的專案中。

分散式事務實現方案

在Go 中，目前有三種主流的分散式事務實作方案：

1. 兩階段提交協定（Two-Phase Commit Protocol）

兩階段提交協議是一種同步協議，用於分散式事務的管理。它確保分散式事務在多個節點之間執行時的原子性、一致性和隔離性。其中，協調器負責管理全域提交協議，同時各節點負責執行提交/回滾協議。

在兩階段提交協定中，有兩個階段：

1.準備階段（prepare phase）：協調器詢問所有參與節點是否準備提交事務。如果所有節點都準備好了，就進入提交階段。否則，該事務被回滾。

2.提交階段（commit phase）：所有參與節點向協調器發出"提交"或"回滾"的指令。如果所有節點都提交成功，則該分散式事務就完成了。如果至少有一個節點提交失敗，該交易就會回滾。

然而，兩階段提交協定會出現卡在準備階段的問題（所謂的二階段阻塞問題），此時有些節點可能已經提交，而有些節點卻卡在準備階段後。這樣會導致其中一些節點可能永遠不會得到回滾指令，導致資料不一致。因此，兩階段提交協定並不是完美的分散式事務處理方案。

2.三階段提交協議（Three-Phase Commit Protocol）

三階段提交協議是對兩階段提交協議的最佳化，目的是減少二階段阻塞問題的出現​​。它將兩階段提交協定的準備階段拆分成兩個子階段：

1.詢問階段（ask phase）：協調器向參與節點詢問它們是否準備好提交事務。

2.準備階段（prepare phase）：參與節點確認它們是否準備好提交事務。

顧名思義，三階段提交協定包含三個階段：

1. CanCommit 階段：協調器詢問各個參與節點是否準備好提交交易。
2. PreCommit 階段：如果所有節點都準備好了，就進入預先提交階段。否則，協調器發送回滾訊息。
3. DoCommit 階段：如果各個參與節點確信在進行預先提交和提交的過程中不會發生任何錯誤，就發送提交訊息。如果有參與節點在預提交或提交過程中出現了錯誤，就發送回滾訊息。

三階段提交協議的優點是，相較於兩階段提交協議，它減少了二階段阻塞的可能性，並且能夠更快地回應故障（如故障轉移）。但是，它仍然存在著可能無法處理網路分割區的問題。

3.SAGA 模式（Saga Pattern）

SAGA 模式是長事務實作方案，透過將交易分成一系列互相依存的步驟並且將每一步驟轉換為一個原子操作以達到以下目的：

• 最大可能減少事務的範圍。
• 不必所有步驟都需要強制一致性。
• 可以部分回滾，不必回滾所有步驟。

SAGA 模式由若干階段（stage）組成，每個階段執行一部分事務操作，這些操作可以是任何能獲得冪等性保證的操作（即操作本身可以重複執行，而不會對結果產生影響）。若某階段失敗，SAGA 模式將會根據執行情況向前或向後回滾階段，最終達到某個狀態，使得在此狀態下，所有階段的操作已經正確執行或是已無法回滾。

透過SAGA 模式，我們可以實現各業務模組獨立開發、部署、擴展，代價是需要支援至少部分回滾; SAGA 模式會保證最終結果，因此不必保證所有的步驟都是嚴格一致的，這使得它可以在複雜的非同步/同步分散式環境下發揮作用。

總結

在 Go 語言中，我們有多種方式來處理分散式事務處理，如分散式協定、長事務方案和Saga。每一種方案都有各自的優缺點，並且在適合的場景下得到最優的應用。在實際應用中，我們需要根據具體情況進行選擇，才能更好地實現分散式事務的管理。

以上是Go 語言中的分散式事務處理如何實現？的詳細內容。更多資訊請關注PHP中文網其他相關文章！