分布式DBMS - 提交协议

简介

分布式DBMS是指将一个数据库分布在多个节点中运行的数据库管理系统，提交协议是指在分布式数据库系统中用于提交事务的协议。

通常情况下，分布式DBMS需要满足事务的ACID特性（原子性、一致性、隔离性和持久性），而提交协议则是保证了这些特性的实现。

提交协议的实现

提交协议一般包括以下几个步骤：

1. 事务开始

在提交协议中，事务开始时需要向协调节点（coordinator）发起请求，协调节点会记录下该事务的信息并生成一个全局事务ID。

2. 对事务进行操作

在进行数据库操作时，需要将生成的全局事务ID传递给被操作的节点，以便于该节点记录该事务的操作信息。

3. 事务提交

当一个事务要提交时，需要向协调节点发送提交请求，并等待协调节点的响应。

协调节点在接收到该请求后，会向所有节点发送提交请求，并等待所有节点响应，所有节点都响应成功时，协调节点才会向提交节点响应成功的消息，从而完成提交操作。

若有节点提交失败，则协调节点会发送回滚请求以撤销该事务的所有操作。

常见提交协议

2PC（Two-Phase Commitment）

2PC是一种最常见的提交协议。其具体步骤如下：

1. 预提交阶段（prepare phase）

所有节点收到提交请求后，计划执行，但是不立即进行操作，而是向协调器发送请求事务准备（Ready）。

2. 决策阶段（commit phase）

当协调器收到所有节点的请求事务准备消息时，会向所有节点广播提交请求。

如果所有节点都准备好了，则所有节点开始执行操作，并向协调器发送已提交（Committed）消息，并等待协调器的响应。

如果有任何一个节点未准备好，则所有节点都回滚操作，并向协调器发送回滚（Abort）消息，并等待协调器的响应。

3. 完成阶段（complete phase）

当协调器收到所有节点的已提交（Committed）消息时，会向所有节点广播完成（Acknowledge）消息。

当所有节点都确认收到了完成消息后，协调器会将请求事务准备成功（committed）的消息通知给所有节点，并结束整个提交过程。

3PC（Three-Phase Commitment）

在2PC协议中，如果一个节点无法参与到决策分阶段，整个协议就无法完成。3PC协议则是针对2PC缺点进行改进而来的。

与2PC相比，3PC加入了一个第一阶段（CanCommit），该阶段的目标是避免协议延迟或故障造成的长时间阻塞。

具体的协议步骤如下：

1. 筹备阶段（prephase）

与2PC中的预提交阶段类似，该阶段中的每个参与者节点更改状态，并添加从上一个状态进入的任何消息。

2. CanCommit 阶段

在接收到协调器发送的验证码后，参与者会评估是否可以提交事务。如果评估成功，它会提交它的并返回同意消息给协调器；否则，它会向协调器发送拒绝消息。

3. Prepared 阶段

如果协调器确定所有参与者都可以提交事务，则它会发送请求以提交事务。参与者等待事务提交通知。

4. DoCommit 阶段

如果参与者在准备阶段中已经准备好提交，则会提交它们的事务。

5. DoAbort 阶段

如果请求提交的参与者在准备阶段中拒绝提交，则将撤消它们的事务。

在以上所有阶段中，参与者节点都可能失效。为了应对这种情况，3PC每个阶段都有时限，如果时限过期，则会触发相应的回滚操作。

结论

提交协议在分布式DBMS中起到了非常重要的作用。尽管会有不少协议可供选择，但2PC和3PC仍然是最常用的。开发人员需要仔细考虑各种因素，如系统容错性、性能和规模等，才能选择最适合的提交协议来满足系统需求。