mongodb两段提交

基础

mongodb所有的针对单个文档的操作都具有原子性，但是当一个操作涉及多个文档更新的时候，是非原子性的。但在生产环境中，是存在多文档更新的需求的，一般情况下，包含以下两个方面：

原子性：如果任何一个操作失败，所有已经进行的操作全部回滚，并且中断接下来的所有操作
一致性：如果操作执行过程遭遇中断，例如断电，数据库要有能力保持数据一致性

为了解决多文档更新事务性问题，可以使用两段提交的方式处理。两段提交可以保证数据是一致的，而且可以保证遇到错误之后可以恢复，但是在执行期间，文档本身处于待定状态

注意：因为mongodb只有单文档操作具有事务性，两段提交只能提供类似原子操作的语义，而不是提供完善的事务机制

应用示例

场景：

银行账户A转账给银行账户B

该场景会使用两个集合：

accounts 记录用户信息
transactions 记录转账事务状态

初始化账户信息

db.accounts.insert(
   [
     { _id: "A", balance: 1000, pendingTransactions: [] },
     { _id: "B", balance: 1000, pendingTransactions: [] }
   ]
)

初始化转账记录表

1
2
3

db.transactions.insert(
    { _id: 1, source: "A", destination: "B", value: 100, state: "initial", lastModified: new Date() }
)

查找转账事务

1	var t = db.transactions.findOne( { state: "initial" } )

将转账事务状态由initial改为pending

db.transactions.update(
    { _id: t._id, state: "initial" },
    {
      $set: { state: "pending" },
      $currentDate: { lastModified: true }
    }
)

将事物状态记录到账户信息中

db.accounts.update(
   { _id: t.source, pendingTransactions: { $ne: t._id } },
   { $inc: { balance: -t.value }, $push: { pendingTransactions: t._id } }
)

db.accounts.update(
   { _id: t.destination, pendingTransactions: { $ne: t._id } },
   { $inc: { balance: t.value }, $push: { pendingTransactions: t._id } }
)

将转账事务状态由pending改为applied

db.transactions.update(
   { _id: t._id, state: "pending" },
   {
     $set: { state: "applied" },
     $currentDate: { lastModified: true }
   }
)

将事务状态从账户信息中移除

db.accounts.update(
   { _id: t.source, pendingTransactions: t._id },
   { $pull: { pendingTransactions: t._id } }
)

db.accounts.update(
   { _id: t.destination, pendingTransactions: t._id },
   { $pull: { pendingTransactions: t._id } }
)

将转账事务状态由applied改为done

db.transactions.update(
   { _id: t._id, state: "applied" },
   {
     $set: { state: "done" },
     $currentDate: { lastModified: true }
   }
)

以上就是整个转账流程

故障恢复

转账流程不是最重要的，最重要的是从故障恢复整个转账流程。下面介绍如何从各个阶段恢复转账流程

从`pending`状态恢复

pending状态就是确定要开始转账，而且已经开始更新AB账户的数据了，但是从这里到转账状态变为applied期间，出现了问题

以下是从pending状态恢复的过程

找到至少30分钟都未更新的而且state是`pending`的转账状态

var dateThreshold = new Date();
dateThreshold.setMinutes(dateThreshold.getMinutes() - 30);

var t = db.transactions.findOne( { state: "pending", lastModified: { $lt: dateThreshold } } );

然后从`进行转账`这一步骤重新执行即可

从`applied`状态恢复

找到至少30分钟都未更新的而且state是`applied`的转账状态

var dateThreshold = new Date();
dateThreshold.setMinutes(dateThreshold.getMinutes() - 30);

var t = db.transactions.findOne( { state: "applied", lastModified: { $lt: dateThreshold } } );

然后从`更新用户信息`这一步骤重新执行即可

故障回滚

从`applied`状态进行回滚

当转账进行到applied状态时，不推荐回滚了，可以直接恢复这个转账事务，然后再新建一个退款的事务，把钱再转回去

从`pending`状态回滚

将转账状态更新为`canceling`

db.transactions.update(
   { _id: t._id, state: "pending" },
   {
     $set: { state: "canceling" },
     $currentDate: { lastModified: true }
   }
)

取消AB账户的信息修改

db.accounts.update(
   { _id: t.destination, pendingTransactions: t._id },
   {
     $inc: { balance: -t.value },
     $pull: { pendingTransactions: t._id }
   }
)

db.accounts.update(
   { _id: t.source, pendingTransactions: t._id },
   {
     $inc: { balance: t.value},
     $pull: { pendingTransactions: t._id }
   }
)

将转账状态改为`canceled`

db.transactions.update(
   { _id: t._id, state: "canceling" },
   {
     $set: { state: "cancelled" },
     $currentDate: { lastModified: true }
   }
)

多个应用冲突考虑

通常来说，事务的存在，就能保证多个应用共同启动而且不会影响到数据的一致性。上述的两段提交过程中，根据state字段的值去更新事务状态，就能保证在多应用情况下重复操作产生的问题。（因为mongodb的单条更新操作是原子性的，一条更新成功了，其他所有基于state的查询没法查到数据）

举个例子：app1和app2同时去更新一个转账事务的状态，但是app1先于app2，当app1更新完成之后，事务状态已经被更新为pending，这时候app2再去更新，会因为查询条件不匹配而终止当前事务的执行。

简单来说，解决多应用问题最重要的一点就是保证在同一时刻，同一个事物只能由同一个应用处理。为了保证这一点，可以加一个功能类似于state的字段application，用于标识当前事务属于哪个应用。

例如下面的代码，将事务由initial状态改为pending状态

t = db.transactions.findAndModify(
       {
         query: { state: "initial", application: { $exists: false } },
         update:
           {
             $set: { state: "pending", application: "App1" },
             $currentDate: { lastModified: true }
           },
         new: true
       }
    )

如果本次事务执行失败了，可以使用上面的恢复步骤进行恢复，但是必须保证恢复时也是由原来的应用去执行，例如

var dateThreshold = new Date();
dateThreshold.setMinutes(dateThreshold.getMinutes() - 30);

db.transactions.find(
   {
     application: "App1",
     state: "pending",
     lastModified: { $lt: dateThreshold }
   }
)

总结

以上就是通过两步提交在mongodb中实现多谢如操作事务的原型，在生产环境中情况可能会更加复杂，所以必须根据实际情况而定

参考链接

mogodb doc Perform Two Phase Commits

基础