详解 Seata AT 模式事务隔离级别与全局锁设计（）

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　　Seata AT 模式是一种非侵入式的分布式事务解决方案，Seata 在内部做了对数据库操作的代理层，我们使用 Seata AT 模式时，实际上用的是 Seata 自带的数据源代理 DataSourceProxy，Seata 在这层代理中加入了很多逻辑，比如插入回滚 undo_log 日志，检查全局锁等。

　　为什么要检查全局锁呢，这是由于 Seata AT 模式的事务隔离是建立在支事务的本地隔离级别基础之上的，在数据库本地隔离级别读已提交或以上的前提下，Seata 设计了由事务协调器维护的全局写排他锁，来保证事务间的写隔离，同时，将全局事务默认定义在读未提交的隔离级别上。

　　Seata 事务隔离级别解读

　　在讲 Seata 事务隔离级之前，我们先来回顾一下数据库事务的隔离级别，目前数据库事务的隔离级别一共有 4 种，由低到高分别为：

　　Read uncommitted：读未提交

　　Read committed：读已提交

　　Repeatable read：可重复读

　　Serializable：序列化

　　数据库一般默认的隔离级别为读已提交，比如 Oracle，也有一些数据的默认隔离级别为可重复读，比如 Mysql，一般而言，数据库的读已提交能够满足业务绝大部分场景了。

　　我们知道 Seata 的事务是一个全局事务，它包含了若干个分支本地事务，在全局事务执行过程中（全局事务还没执行完），某个本地事务提交了，如果 Seata 没有采取任务措施，则会导致已提交的本地事务被读取，造成脏读，如果数据在全局事务提交前已提交的本地事务被修改，则会造成脏写。

　　由此可以看出，传统意义的脏读是读到了未提交的数据，Seata 脏读是读到了全局事务下未提交的数据，全局事务可能包含多个本地事务，某个本地事务提交了不代表全局事务提交了。

　　在绝大部分应用在读已提交的隔离级别下工作是没有问题的，而实际上，这当中又有绝大多数的应用场景，实际上工作在读未提交的隔离级别下同样没有问题。

　　在极端场景下，应用如果需要达到全局的读已提交，Seata 也提供了全局锁机制实现全局事务读已提交。但是默认情况下，Seata 的全局事务是工作在读未提交隔离级别的，保证绝大多数场景的高效性。

　　全局锁实现

　　AT 模式下，会使用 Seata 内部数据源代理 DataSourceProxy，全局锁的实现就是隐藏在这个代理中。我们分别在执行、提交的过程都做了什么。

　　1、执行过程

　　执行过程在 StatementProxy 类，在执行过程中，如果执行 SQL 是 select for update，则会使用 SelectForUpdateExecutor 类，如果执行方法中带有 @GlobalTransactional or @GlobalLock注解，则会检查是否有全局锁，如果当前存在全局锁，则会回滚本地事务，通过 while 循环不断地重新竞争获取本地锁和全局锁。

　　io.seata.rm.datasource.exec.SelectForUpdateExecutor#doExecute

　　 Connection conn = statementProxy.getConnection();

　　 // ... ...

　　 try {

　　 // ... ...

　　 while (true) {

　　 try {

　　 // ... ...

　　 if (RootContext.inGlobalTransaction() RootContext.requireGlobalLock()) {

　　 // Do the same thing under either @GlobalTransactional or @GlobalLock,

　　 // that only check the global lock here.

　　 statementProxy.getConnectionProxy().checkLock(lockKeys);

　　 } else {

　　 throw new RuntimeException("Unknown situation!");

　　 break;

　　 } catch (LockConflictException lce) {

　　 if (sp != null) {

　　 conn.rollback(sp);

　　 } else {

　　 conn.rollback();

　　 // trigger retry

　　 lockRetryController.sleep(lce);

　　 } finally {

　　 // ...

　　2、提交过程

　　提交过程在 ConnectionProxy#doCommit方法中。

　　1）如果执行方法中带有@GlobalTransactional注解，则会在注册分支时候获取全局锁：

　　请求 TC 注册分支

　　io.seata.rm.datasource.ConnectionProxy#register

　　 if (!context.hasUndoLog() !context.hasLockKey()) {

　　 return;

　　 Long branchId = DefaultResourceManager.get().branchRegister(BranchType.AT, getDataSourceProxy().getResourceId(),

　　 null, context.getXid(), null, context.buildLockKeys());

　　 context.setBranchId(branchId);

　　TC 注册分支的时候，获取全局锁

　　io.seata.server.transaction.at.ATCore#branchSessionLock

　　 if (!branchSession.lock()) {

　　 throw new BranchTransactionException(LockKeyConflict, String

　　 .format("Global lock acquire failed xid = %s branchId = %s", globalSession.getXid(),

　　 branchSession.getBranchId()));

　　2）如果执行方法中带有@GlobalLock注解，在提交前会查询全局锁是否存在，如果存在则抛异常：

　　io.seata.rm.datasource.ConnectionProxy#processLocalCommitWithGlobalLocks

　　 checkLock(context.buildLockKeys());

　　 try {

　　 targetConnection.commit();

　　 } catch (Throwable ex) {

　　 throw new SQLException(ex);

　　 context.reset();

　　GlobalLock 注解说明

　　从执行过程和提交过程可以看出，既然开启全局事务 @GlobalTransactional注解可以在事务提交前，查询全局锁是否存在，那为什么 Seata 还要设计多处一个 @GlobalLock注解呢？

　　因为并不是所有的数据库操作都需要开启全局事务，而开启全局事务是一个比较重的操作，需要向 TC 发起开启全局事务等 RPC 过程，而@GlobalLock注解只会在执行过程中查询全局锁是否存在，不会去开启全局事务，因此在不需要全局事务，而又需要检查全局锁避免脏读脏写时，使用@GlobalLock注解是一个更加轻量的操作。

　　如何防止脏写

　　先来看一下使用 Seata AT 模式是怎么产生脏写的：

　　注：分支事务执行过程省略其它过程。

　　业务一开启全局事务，其中包含分支事务A（修改 A）和分支事务 B（修改 B），业务二修改 A，其中业务一执行分支事务 A 先获取本地锁，业务二则等待业务一执行完分支事务 A 之后，获得本地锁修改 A 并入库，业务一在执行分支事务时发生异常了，由于分支事务 A 的数据被业务二修改，导致业务一的全局事务无法回滚。

　　如何防止脏写？

　　1、业务二执行时加 @GlobalTransactional注解：

　　注：分支事务执行过程省略其它过程。

　　业务二在执行全局事务过程中，分支事务 A 提交前注册分支事务获取全局锁时，发现业务业务一全局锁还没执行完，因此业务二提交不了，抛异常回滚，所以不会发生脏写。

　　2、业务二执行时加 @GlobalLock注解：

　　注：分支事务执行过程省略其它过程。

　　与 @GlobalTransactional注解效果类似，只不过不需要开启全局事务，只在本地事务提交前，检查全局锁是否存在。

　　2、业务二执行时加 @GlobalLock 注解 + select for update语句：

　　如果加了select for update语句，则会在 update 前检查全局锁是否存在，只有当全局锁释放之后，业务二才能开始执行 updateA 操作。

　　如果单单是 transactional，那么就有可能会出现脏写，根本原因是没有 Globallock 注解时，不会检查全局锁，这可能会导致另外一个全局事务回滚时，发现某个分支事务被脏写了。所以加 select for update 也有个好处，就是可以重试。

　　如何防止脏读

　　Seata AT 模式的脏读是指在全局事务未提交前，被其它业务读到已提交的分支事务的数据，本质上是Seata默认的全局事务是读未提交。

　　那么怎么避免脏读现象呢？

　　业务二查询 A 时加 @GlobalLock 注解 + select for update语句：

　　加select for update语句会在执行 SQL 前检查全局锁是否存在，只有当全局锁完成之后，才能继续执行 SQL，这样就防止了脏读。

　　作者简介：

　　张乘辉，目前就职于蚂蚁集团，热爱分享技术，微信公众号「后端进阶」作者，技术博客（https://objcoding.com/）博主，Seata Contributor，GitHub ID：objcoding。

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　　愿景Seata 是一款阿里巴巴开源的分布式事务解决方案，致力于在微服务架构下提供高性能和简单易用的分布式事务服务。

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