Seata AT模式如何實現行鎖詳解

2022-11-11 14:00:28

前言

我們在很多部落格中都有發現，Seata AT模式裡面的全域性鎖其實是行鎖，這也是Seata AT模式和XA模式在鎖粒度上的最大區別。我們可以在官網看到這樣一個例子：

兩個全域性事務 tx1 和 tx2，分別對 a 表的 m 欄位進行更新操作，m 的初始值 1000。

tx1 先開始，開啟本地事務，拿到本地鎖，更新操作 m = 1000 - 100 = 900。本地事務提交前，先拿到該記錄的全域性鎖，本地提交釋放本地鎖。 tx2 後開始，開啟本地事務，拿到本地鎖，更新操作 m = 900 - 100 = 800。本地事務提交前，嘗試拿該記錄的全域性鎖，tx1 全域性提交前，該記錄的全域性鎖被 tx1 持有，tx2 需要重試等待全域性鎖。

tx1 二階段全域性提交，釋放 全域性鎖 。tx2 拿到 全域性鎖 提交本地事務。

如果 tx1 的二階段全域性回滾，則 tx1 需要重新獲取該資料的本地鎖，進行反向補償的更新操作，實現分支的回滾。

此時，如果 tx2 仍在等待該資料的 全域性鎖，同時持有本地鎖，則 tx1 的分支回滾會失敗。分支的回滾會一直重試，直到 tx2 的 全域性鎖 等鎖超時，放棄 全域性鎖 並回滾本地事務釋放本地鎖，tx1 的分支回滾最終成功。

因為整個過程 全域性鎖 在 tx1 結束前一直是被 tx1 持有的，所以不會發生髒寫的問題。

那麼你知道Seata AT模式是如何實現行鎖的嘛？為了搞明白AT模式到底是怎麼獲取全域性鎖的，我們深入原始碼來看看。

如何加鎖

為了證實全域性鎖就是我們所說的行鎖，經過一番尋找，我在BaseTransactionalExecutor類中的prepareUndoLog()方法中找到了這樣一段程式碼：

TableRecords lockKeyRecords = sqlRecognizer.getSQLType() == SQLType.DELETE ? beforeImage : afterImage;
String lockKeys = buildLockKey(lockKeyRecords);
if (null != lockKeys) {
    connectionProxy.appendLockKey(lockKeys);
    SQLUndoLog sqlUndoLog = buildUndoItem(beforeImage, afterImage);
    connectionProxy.appendUndoLog(sqlUndoLog);
}

如果是刪除的SQL，那麼通過beforeImage生成行鎖標記，否則通過afterImage生成行鎖標記；

比如表名wallet_tbl，裡面有一個主鍵id值為1，那麼最終生成的lockKeys為wallet_tbl:1，如果有多行記錄id值分別為1、2、3，那麼最終生成的lockKeys為wallet_tbl:1,2,3；多個主鍵索引的話使用_連線。所以我們可以總結出lockKeys的生成規則為：tableName:1_A,2_B,3_C，1、2、3、A、B、C分別為主鍵索引的值。

此時還沒有真正地拿到鎖，只是生成一個鎖的標記。真正地上鎖需要檢視ConnectionProxy.register()方法：

private void register() throws TransactionException {
    if (!context.hasUndoLog() || !context.hasLockKey()) {
        return;
    }
    Long branchId = DefaultResourceManager.get().branchRegister(BranchType.AT, getDataSourceProxy().getResourceId(), null, context.getXid(), context.getApplicationData(), context.buildLockKeys());
    context.setBranchId(branchId);
}

branchRegister()方法就是RM向TC進行分支註冊，同時會申請行鎖。那麼獲取行鎖的核心程式碼應該就是在TC端了，我們順著branchRegister()邏輯一路找到BranchSession.lock()：

   public boolean lock(boolean autoCommit, boolean skipCheckLock) throws TransactionException {
        if (this.getBranchType().equals(BranchType.AT)) {
            // 只有AT模式需要獲取行鎖
            return LockerManagerFactory.getLockManager().acquireLock(this, autoCommit, skipCheckLock);
        }
        return true;
    }

下面就要真正地開始進入LockerManager來申請鎖了：

@Override
    public boolean acquireLock(BranchSession branchSession, boolean autoCommit, boolean skipCheckLock) throws TransactionException {
        if (branchSession == null) {
            throw new IllegalArgumentException("branchSession can't be null for memory/file locker.");
        }
        String lockKey = branchSession.getLockKey();
        if (StringUtils.isNullOrEmpty(lockKey)) {
            // no lock
            return true;
        }
        // get locks of branch
        // 將lockKey解析成多行RowLock
        List<RowLock> locks = collectRowLocks(branchSession);
        if (CollectionUtils.isEmpty(locks)) {
            // no lock
            return true;
        }
        return getLocker(branchSession).acquireLock(locks, autoCommit, skipCheckLock);
    }

這裡做了一步將lockKey解析成多行RowLock，根據上面的tableName:1_A,2_B,3_C規則，最終解析成3個RowLock物件：{tableName,1_A},{tableName,2_B},{tableName,3_C}

最終我們追蹤到最後一個關鍵方法LockStoreDataBaseDAO.acquireLock()：

@Override
    public boolean acquireLock(List<LockDO> lockDOs, boolean autoCommit, boolean skipCheckLock) {
        Connection conn = null;
        PreparedStatement ps = null;
        ResultSet rs = null;
        Set<String> dbExistedRowKeys = new HashSet<>();
        boolean originalAutoCommit = true;
        // 如果有多行鎖，那麼先去重
        if (lockDOs.size() > 1) {
            lockDOs = lockDOs.stream().filter(LambdaUtils.distinctByKey(LockDO::getRowKey)).collect(Collectors.toList());
        }
        try {
            conn = lockStoreDataSource.getConnection();
            if (originalAutoCommit = conn.getAutoCommit()) {
                conn.setAutoCommit(false);
            }
            List<LockDO> unrepeatedLockDOs = lockDOs;

            //check lock
            if (!skipCheckLock) {

                boolean canLock = true;
                // 查詢是否已經存在行鎖
                // "select row_key, xid, transaction_id, branch_id, reource_id, table_name, pk, status, gmt_create, gmt_modified from lock_table where row_key in (?, ?, ?, ?) order by status desc"
                // in裡面最多限制1000個
                String checkLockSQL = LockStoreSqlFactory.getLogStoreSql(dbType).getCheckLockableSql(lockTable, lockDOs.size());
                ps = conn.prepareStatement(checkLockSQL);
                for (int i = 0; i < lockDOs.size(); i++) {
                    ps.setString(i + 1, lockDOs.get(i).getRowKey());
                }
                rs = ps.executeQuery();
                String currentXID = lockDOs.get(0).getXid();
                boolean failFast = false;
                while (rs.next()) {
                    String dbXID = rs.getString(ServerTableColumnsName.LOCK_TABLE_XID);
                    // 如果發現有其他分散式事務和當前申請行鎖的資料一致，那麼加鎖失敗
                    if (!StringUtils.equals(dbXID, currentXID)) {
                        if (LOGGER.isInfoEnabled()) {
                            String dbPk = rs.getString(ServerTableColumnsName.LOCK_TABLE_PK);
                            String dbTableName = rs.getString(ServerTableColumnsName.LOCK_TABLE_TABLE_NAME);
                            long dbBranchId = rs.getLong(ServerTableColumnsName.LOCK_TABLE_BRANCH_ID);
                            LOGGER.info("Global lock on [{}:{}] is holding by xid {} branchId {}", dbTableName, dbPk, dbXID, dbBranchId);
                        }
                        if (!autoCommit) {
                            int status = rs.getInt(ServerTableColumnsName.LOCK_TABLE_STATUS);
                            if (status == LockStatus.Rollbacking.getCode()) {
                                failFast = true;
                            }
                        }
                        // 加鎖失敗
                        canLock = false;
                        break;
                    }

                    dbExistedRowKeys.add(rs.getString(ServerTableColumnsName.LOCK_TABLE_ROW_KEY));
                }
                // 加鎖失敗，回滾拋異常
                if (!canLock) {
                    conn.rollback();
                    if (failFast) {
                        throw new StoreException(new BranchTransactionException(LockKeyConflictFailFast));
                    }
                    return false;
                }
                // 如果是同一個分散式事務中申請行鎖，那麼剔除重複的鎖資料
                if (CollectionUtils.isNotEmpty(dbExistedRowKeys)) {
                    unrepeatedLockDOs = lockDOs.stream().filter(lockDO -> !dbExistedRowKeys.contains(lockDO.getRowKey()))
                            .collect(Collectors.toList());
                }
                // 如果剔除後不需要再補充行鎖，那麼直接返回申請成功
                if (CollectionUtils.isEmpty(unrepeatedLockDOs)) {
                    conn.rollback();
                    return true;
                }
            }

            // 申請行鎖，分1行和多行兩種情況
            if (unrepeatedLockDOs.size() == 1) {
                LockDO lockDO = unrepeatedLockDOs.get(0);
                if (!doAcquireLock(conn, lockDO)) {
                    if (LOGGER.isInfoEnabled()) {
                        LOGGER.info("Global lock acquire failed, xid {} branchId {} pk {}", lockDO.getXid(), lockDO.getBranchId(), lockDO.getPk());
                    }
                    conn.rollback();
                    return false;
                }
            } else {
                if (!doAcquireLocks(conn, unrepeatedLockDOs)) {
                    if (LOGGER.isInfoEnabled()) {
                        LOGGER.info("Global lock batch acquire failed, xid {} branchId {} pks {}", unrepeatedLockDOs.get(0).getXid(),
                            unrepeatedLockDOs.get(0).getBranchId(), unrepeatedLockDOs.stream().map(lockDO -> lockDO.getPk()).collect(Collectors.toList()));
                    }
                    conn.rollback();
                    return false;
                }
            }
            conn.commit();
            return true;
        } catch (SQLException e) {
            throw new StoreException(e);
        } finally {
            IOUtil.close(rs, ps);
            if (conn != null) {
                try {
                    if (originalAutoCommit) {
                        conn.setAutoCommit(true);
                    }
                    conn.close();
                } catch (SQLException e) {
                }
            }
        }
    }

1.先通過查詢語句檢查是否存在鎖衝突，鎖衝突的話，就直接失敗拋異常；

2.不存在鎖衝突，檢查是否鎖重入，重入的話，補充行鎖；

3.新增行鎖；

檢查鎖衝突的SQL語句如下：

select row_key, xid, transaction_id, branch_id, reource_id, table_name, pk, status, gmt_create, gmt_modified from lock_table where row_key in (?, ?, ?, ?) order by status desc

新增行鎖SQL語句如下：

insert into lock_table (row_key, xid, transaction_id, branch_id, reource_id, table_name, pk, status, gmt_create, gmt_modified) values (?, ?, ?, ?, ?, ?, ?, now(), now(), ?)

為什麼是行鎖

根據上面加鎖的邏輯，我們發現一直比較的都是row_key這個主鍵，那麼為什麼row_key代表的是行鎖呢？這個問題就要回到row_key是如何產生的：

protected LockDO convertToLockDO(RowLock rowLock) {
        LockDO lockDO = new LockDO();
        lockDO.setBranchId(rowLock.getBranchId());
        lockDO.setPk(rowLock.getPk());
        lockDO.setResourceId(rowLock.getResourceId());
        // row_key的生成
        lockDO.setRowKey(getRowKey(rowLock.getResourceId(), rowLock.getTableName(), rowLock.getPk()));
        lockDO.setXid(rowLock.getXid());
        lockDO.setTransactionId(rowLock.getTransactionId());
        lockDO.setTableName(rowLock.getTableName());
        return lockDO;
    }

根據上面程式碼，我們很清楚地瞭解到，row_key是由resource_id、tableName、pk這三個欄位連線生成的，也就意味著row_key是代表表裡面的具體一行資料，也就是我們的行記錄，所以我們確信AT模式的全域性鎖其實就是行鎖。

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如何加鎖

為什麼是行鎖

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