Tarqatilgan Tranzaksiyalar: Ikki Fazali Tasdiqlashga (2PC) Chuqur Sho'ng'ish

Bugungi kunda tobora o'zaro bog'langan dunyoda ilovalarga ko'pincha bir nechta mustaqil tizimlarda saqlanadigan ma'lumotlar bilan o'zaro aloqada bo'lish kerak. Bu tarqatilgan tranzaksiyalar tushunchasiga olib keladi, bu erda bitta mantiqiy operatsiya bir nechta ma'lumotlar bazalari yoki xizmatlarda o'zgarishlar kiritishni talab qiladi. Bunday stsenariylarda ma'lumotlar izchilligini ta'minlash juda muhim va bunga erishish uchun eng mashhur protokollardan biri Ikki Fazali Tasdiqlash (2PC) hisoblanadi.

Tarqatilgan Tranzaksiya nima?

Tarqatilgan tranzaksiya - bu bir nechta geografik jihatdan tarqalgan tizimlarda bajariladigan, bitta atom birlik sifatida ko'rib chiqiladigan operatsiyalar seriyasi. Bu shuni anglatadiki, tranzaksiya ichidagi barcha operatsiyalar muvaffaqiyatli bo'lishi (tasdiqlanishi) yoki hech biri bo'lmasligi kerak (bekor qilinishi). Ushbu "hammasi yoki hech narsa" printsipi butun tarqatilgan tizim bo'ylab ma'lumotlar yaxlitligini ta'minlaydi.

Tokiodagi mijoz bir aviakompaniya tizimida Tokiodan Londonga reysga buyurtma bergan va bir vaqtning o'zida Londonda boshqa mehmonxona bron qilish tizimida mehmonxona xonasini bron qilgan stsenariyni ko'rib chiqing. Ushbu ikki operatsiya (reysga buyurtma berish va mehmonxona xonasini bron qilish) ideal holda bitta tranzaksiya sifatida ko'rib chiqilishi kerak. Agar reysga buyurtma berish muvaffaqiyatli bo'lsa, lekin mehmonxona xonasini bron qilish muvaffaqiyatsiz bo'lsa, tizim ideal holda mijozni Londonda turar joyisiz qoldirmaslik uchun reysga buyurtmani bekor qilishi kerak. Ushbu muvofiqlashtirilgan xatti-harakat tarqatilgan tranzaksiyaning mohiyatidir.

Ikki Fazali Tasdiqlash (2PC) Protokoli bilan tanishing

Ikki Fazali Tasdiqlash (2PC) protokoli - bu bir nechta resurs menejerlari (masalan, ma'lumotlar bazalari) bo'ylab atomlikni ta'minlaydigan tarqatilgan algoritm. Unda markaziy muvofiqlashtiruvchi va har biri ma'lum bir resursni boshqarish uchun mas'ul bo'lgan bir nechta ishtirokchilar ishtirok etadi. Protokol ikki xil bosqichda ishlaydi:

1-bosqich: Tayyorgarlik bosqichi

Ushbu bosqichda muvofiqlashtiruvchi tranzaksiyani boshlaydi va har bir ishtirokchidan tranzaksiyani tasdiqlashga yoki bekor qilishga tayyorlanishni so'raydi. Qo'shilgan qadamlar quyidagilar:

Muvofiqlashtiruvchi Tayyorlash So'rovini yuboradi: Muvofiqlashtiruvchi barcha ishtirokchilarga "tayyorlash" xabarini yuboradi. Ushbu xabar muvofiqlashtiruvchi tranzaksiyani tasdiqlashga tayyor ekanligini bildiradi va har bir ishtirokchidan buni qilishga tayyorlanishni so'raydi.
Ishtirokchilar Tayyorlanadi va Javob Beradi: Har bir ishtirokchi tayyorlash so'rovini oladi va quyidagi harakatlarni bajaradi:
- U tranzaksiyani tasdiqlashi yoki bekor qilishi mumkinligini ta'minlash uchun zarur choralarni ko'radi (masalan, qayta bajarish/bekor qilish jurnallarini yozish).
- U muvofiqlashtiruvchiga "tasdiqlashga tayyor" ("ha" ovozi) yoki "tasdiqlay olmaydi" ("yo'q" ovozi) ekanligini ko'rsatuvchi "ovoz"ni yuboradi. "Yo'q" ovozi resurs cheklovlari, ma'lumotlarni tekshirishdagi nosozliklar yoki boshqa xatoliklar tufayli bo'lishi mumkin.

Ishtirokchilar "ha" ovoz berganidan so'ng, o'zgarishlarni tasdiqlash yoki bekor qilishni kafolatlashlari juda muhimdir. Bu odatda o'zgarishlarni barqaror xotirada (masalan, diskda) saqlashni o'z ichiga oladi.

2-bosqich: Tasdiqlash yoki Bekor Qilish bosqichi

Ushbu bosqich muvofiqlashtiruvchi tomonidan tayyorgarlik bosqichida ishtirokchilardan olingan ovozlarga asoslanib boshlanadi. Ikki xil natija bo'lishi mumkin:

1-natija: Tasdiqlash

Agar muvofiqlashtiruvchi barcha ishtirokchilardan "ha" ovozlarini olsa, u tranzaksiyani tasdiqlashni davom ettiradi.

Muvofiqlashtiruvchi Tasdiqlash So'rovini yuboradi: Muvofiqlashtiruvchi barcha ishtirokchilarga "tasdiqlash" xabarini yuboradi.
Ishtirokchilar Tasdiqlaydi: Har bir ishtirokchi tasdiqlash so'rovini oladi va tranzaksiya bilan bog'liq o'zgarishlarni o'z resursiga doimiy ravishda qo'llaydi.
Ishtirokchilar Tasdiqlaydi: Har bir ishtirokchi tasdiqlash operatsiyasi muvaffaqiyatli bo'lganligini tasdiqlash uchun muvofiqlashtiruvchiga tasdiqlash xabarini yuboradi.
Muvofiqlashtiruvchi Yakunlaydi: Barcha ishtirokchilardan tasdiqlashlarni olgandan so'ng, muvofiqlashtiruvchi tranzaksiyani yakunlangan deb belgilaydi.

2-natija: Bekor Qilish

Agar muvofiqlashtiruvchi har qanday ishtirokchidan bitta "yo'q" ovozini olsa yoki ishtirokchidan javob kutish uchun vaqt tugasa, u tranzaksiyani bekor qilishga qaror qiladi.

Muvofiqlashtiruvchi Bekor Qilish So'rovini yuboradi: Muvofiqlashtiruvchi barcha ishtirokchilarga "bekor qilish" xabarini yuboradi.
Ishtirokchilar Bekor Qiladi: Har bir ishtirokchi bekor qilish so'rovini oladi va tranzaksiyaga tayyorgarlik ko'rishda qilingan barcha o'zgarishlarni bekor qiladi.
Ishtirokchilar Tasdiqlaydi: Har bir ishtirokchi bekor qilish operatsiyasi muvaffaqiyatli bo'lganligini tasdiqlash uchun muvofiqlashtiruvchiga tasdiqlash xabarini yuboradi.
Muvofiqlashtiruvchi Yakunlaydi: Barcha ishtirokchilardan tasdiqlashlarni olgandan so'ng, muvofiqlashtiruvchi tranzaksiyani yakunlangan deb belgilaydi.

Misol: E-tijorat Buyurtmasini Qayta Ishlash

E-tijorat tizimini ko'rib chiqing, bu erda buyurtma inventarizatsiya ma'lumotlar bazasini yangilashni va to'lovni alohida to'lov shlyuzi orqali qayta ishlashni o'z ichiga oladi. Bular tarqatilgan tranzaksiyada ishtirok etishi kerak bo'lgan ikkita alohida tizim.

Tayyorgarlik bosqichi:
- E-tijorat tizimi (muvofiqlashtiruvchi) inventarizatsiya ma'lumotlar bazasiga va to'lov shlyuziga tayyorlash so'rovini yuboradi.
- Inventarizatsiya ma'lumotlar bazasi so'ralgan mahsulotlar zaxirada ekanligini tekshiradi va ularni zahiralaydi. Keyin u muvaffaqiyatli bo'lsa "ha" ovozini beradi yoki mahsulotlar zaxiradan tugagan bo'lsa "yo'q" ovozini beradi.
- To'lov shlyuzi to'lovni oldindan avtorizatsiya qiladi. Keyin u muvaffaqiyatli bo'lsa "ha" ovozini beradi yoki avtorizatsiya muvaffaqiyatsiz bo'lsa "yo'q" ovozini beradi (masalan, mablag'lar etarli emas).
Tasdiqlash/Bekor Qilish bosqichi:
- Tasdiqlash stsenariysi: Agar inventarizatsiya ma'lumotlar bazasi ham, to'lov shlyuzi ham "ha" ovozini bersa, muvofiqlashtiruvchi ikkalasiga ham tasdiqlash so'rovini yuboradi. Inventarizatsiya ma'lumotlar bazasi zaxira sonini doimiy ravishda kamaytiradi va to'lov shlyuzi to'lovni oladi.
- Bekor qilish stsenariysi: Agar inventarizatsiya ma'lumotlar bazasi yoki to'lov shlyuzi "yo'q" ovozini bersa, muvofiqlashtiruvchi ikkalasiga ham bekor qilish so'rovini yuboradi. Inventarizatsiya ma'lumotlar bazasi zahiralangan mahsulotlarni chiqaradi va to'lov shlyuzi oldindan avtorizatsiyani bekor qiladi.

Ikki Fazali Tasdiqlashning Afzalliklari

Atomlik: 2PC atomlikni kafolatlaydi, bu esa barcha ishtirok etuvchi tizimlar ma'lumotlar izchilligini saqlab, tranzaksiyani birgalikda tasdiqlaydi yoki bekor qiladi.
Oddiylik: 2PC protokolini tushunish va amalga oshirish nisbatan oddiy.
Keng qo'llanilishi: Ko'pgina ma'lumotlar bazasi tizimlari va tranzaksiya ishlov berish tizimlari 2PC-ni qo'llab-quvvatlaydi.

Ikki Fazali Tasdiqlashning Kamchiliklari

Blokirovka: 2PC blokirovkaga olib kelishi mumkin, bu erda ishtirokchilar muvofiqlashtiruvchining qaror qabul qilishini kutishga majbur bo'ladi. Agar muvofiqlashtiruvchi muvaffaqiyatsiz bo'lsa, ishtirokchilar cheksiz bloklanishi, resurslarni ushlab turishi va boshqa tranzaksiyalarning davom etishiga to'sqinlik qilishi mumkin. Bu yuqori darajada foydalanish imkoniyati mavjud tizimlarda katta tashvish tug'diradi.
Nosozlikning yagona nuqtasi: Muvofiqlashtiruvchi nosozlikning yagona nuqtasidir. Agar muvofiqlashtiruvchi tasdiqlash yoki bekor qilish so'rovini yuborishdan oldin muvaffaqiyatsiz bo'lsa, ishtirokchilar noaniq holatda qoladi. Bu ma'lumotlar nomuvofiqligiga yoki resurs to'xtashiga olib kelishi mumkin.
Ishlash xarajatlari: Protokolning ikki fazali tabiati sezilarli xarajatlarni keltirib chiqaradi, ayniqsa geografik jihatdan tarqalgan tizimlarda tarmoq kechikishi yuqori bo'ladi. Muvofiqlashtiruvchi va ishtirokchilar o'rtasidagi bir nechta aloqa raundlari tranzaksiyani qayta ishlash vaqtiga sezilarli ta'sir ko'rsatishi mumkin.
Nosozliklarni Boshqarishdagi Murakkablik: Muvofiqlashtiruvchi nosozliklaridan yoki tarmoq bo'linishlaridan tiklanish murakkab bo'lishi mumkin, bu qo'lda aralashuvni yoki murakkab tiklash mexanizmlarini talab qiladi.
Scalability Cheklovlari: Ishtirokchilar soni ortishi bilan 2PC ning murakkabligi va xarajatlari eksponensial ravishda o'sib boradi, bu esa yirik tarqatilgan tizimlarda uning o'lchov imkoniyatlarini cheklaydi.

Ikki Fazali Tasdiqlashga Alternativlar

2PC ning cheklovlari tufayli tarqatilgan tranzaksiyalarni boshqarish uchun bir nechta muqobil yondashuvlar paydo bo'ldi. Bularga quyidagilar kiradi:

Uch Fazali Tasdiqlash (3PC): Tasdiqlash qaroriga tayyorgarlik ko'rish uchun qo'shimcha bosqichni joriy etish orqali blokirovka muammosini hal qilishga urinadigan 2PC kengaytmasi. Biroq, 3PC hali ham blokirovkaga zaif va 2PC dan ko'ra murakkabroq.
Saga Pattern: Tarqatilgan tranzaksiyani bir qator mahalliy tranzaksiyalarga ajratadigan uzoq muddatli tranzaksiya namunasi. Har bir mahalliy tranzaksiya bitta xizmatni yangilaydi. Agar bitta tranzaksiya muvaffaqiyatsiz bo'lsa, oldingi tranzaksiyalarning ta'sirini bekor qilish uchun kompensatsion tranzaksiyalar bajariladi. Ushbu naqsh yakuniy izchillik stsenariylari uchun mos keladi.
Kompensatsion Tranzaksiyalar bilan Ikki Fazali Tasdiqlash: Kritik operatsiyalar uchun 2PC-ni kamroq muhim operatsiyalar uchun kompensatsion tranzaksiyalar bilan birlashtiradi. Ushbu yondashuv kuchli izchillik va ishlash o'rtasida muvozanatni ta'minlaydi.
Yakuniy Izchillik: Tizimlar o'rtasida vaqtinchalik nomuvofiqliklarga yo'l qo'yadigan izchillik modeli. Ma'lumotlar oxir-oqibatda izchil bo'ladi, lekin kechikish bo'lishi mumkin. Ushbu yondashuv nomuvofiqlikning ma'lum darajasiga toqat qila oladigan ilovalar uchun mos keladi.
BASE (Asosan mavjud, Yumshoq holat, Yakuniy izchil): Kuchli izchillikdan ko'ra mavjudlik va ishlashga ustunlik beradigan tamoyillar to'plami. BASE tamoyillari bo'yicha ishlab chiqilgan tizimlar nosozliklarga nisbatan chidamliroq va osonroq o'lchamlashi mumkin.

Ikki Fazali Tasdiqlashning Amaliy Qo'llanilishi

Cheklovlariga qaramay, 2PC hali ham kuchli izchillik muhim talab bo'lgan turli stsenariylarda qo'llaniladi. Ba'zi misollar quyidagilarni o'z ichiga oladi:

Bank Tizimlari: Hisoblar o'rtasida mablag'larni o'tkazish ko'pincha pul bir hisobdan yechib olinishi va boshqasiga atomik tarzda o'tkazilishini ta'minlash uchun tarqatilgan tranzaksiyani talab qiladi. Yuboruvchi bank va qabul qiluvchi bank turli tizimlarda bo'lgan transchegaraviy to'lov tizimini ko'rib chiqing. 2PC mablag'lar to'g'ri o'tkazilishini ta'minlash uchun ishlatilishi mumkin, hatto banklardan biri vaqtinchalik nosozlikni boshdan kechirsa ham.
Buyurtmani Qayta Ishlash Tizimlari: E-tijorat misolida ko'rsatilganidek, 2PC buyurtmani joylashtirish, inventarizatsiyani yangilash va to'lovni qayta ishlashning atomik tarzda bajarilishini ta'minlashi mumkin.
Resurslarni Boshqarish Tizimlari: Virtual mashinalar yoki tarmoq o'tkazish qobiliyati kabi bir nechta tizimlar bo'ylab resurslarni ajratish resurslarning izchil ravishda ajratilishini ta'minlash uchun tarqatilgan tranzaksiyani talab qilishi mumkin.
Ma'lumotlar Bazasini Replikatsiya Qilish: Replikatsiyalangan ma'lumotlar bazalari o'rtasida izchillikni saqlash tarqatilgan tranzaksiyalarni o'z ichiga olishi mumkin, ayniqsa ma'lumotlar bir vaqtning o'zida bir nechta replikalarda yangilanadigan stsenariylarda.

Ikki Fazali Tasdiqlashni Amalga Oshirish

2PC-ni amalga oshirish turli omillarni diqqat bilan ko'rib chiqishni talab qiladi, jumladan:

Tranzaksiya Muvofiqlashtiruvchisi: Mos tranzaksiya muvofiqlashtiruvchisini tanlash juda muhimdir. Ko'pgina ma'lumotlar bazasi tizimlari o'rnatilgan tranzaksiya muvofiqlashtiruvchilarini ta'minlaydi, boshqa variantlar esa JTA (Java Transaction API) kabi alohida tranzaksiya menejerlarini yoki xabar navbatlaridagi tarqatilgan tranzaksiya muvofiqlashtiruvchilarini o'z ichiga oladi.
Resurs Menejerlari: Resurs menejerlari 2PC-ni qo'llab-quvvatlashini ta'minlash muhimdir. Ko'pgina zamonaviy ma'lumotlar bazasi tizimlari va xabar navbatlari 2PC-ni qo'llab-quvvatlaydi.
Nosozliklarni Boshqarish: Muvofiqlashtiruvchi yoki ishtirokchi nosozliklarining ta'sirini minimallashtirish uchun nosozliklarni boshqarishning mustahkam mexanizmlarini amalga oshirish juda muhimdir. Bu tranzaksiya jurnallaridan foydalanishni, taym-aut mexanizmlarini amalga oshirishni va qo'lda aralashuv variantlarini ta'minlashni o'z ichiga olishi mumkin.
Ishlashni Sozlash: 2PC ishlashini optimallashtirish turli parametrlarni, masalan, tranzaksiya taym-autlarini, tarmoq sozlamalarini va ma'lumotlar bazasi konfiguratsiyalarini diqqat bilan sozlashni talab qiladi.
Monitoring va Jurnalga Yozish: Tarqatilgan tranzaksiyalarning holatini kuzatish va potentsial muammolarni aniqlash uchun keng qamrovli monitoring va jurnalga yozishni amalga oshirish muhimdir.

Tarqatilgan Tranzaksiyalar uchun Global Mulohazalar

Global muhitda tarqatilgan tranzaksiyalarni loyihalash va amalga oshirishda bir nechta qo'shimcha omillarni hisobga olish kerak:

Tarmoq Kechikishi: Tarmoq kechikishi 2PC ishlashiga sezilarli ta'sir ko'rsatishi mumkin, ayniqsa geografik jihatdan tarqalgan tizimlarda. Tarmoq ulanishlarini optimallashtirish va ma'lumotlarni keshlash kabi usullardan foydalanish kechikish ta'sirini kamaytirishga yordam beradi.
Vaqt Zonalari O'rtasidagi Farqlar: Vaqt zonalari o'rtasidagi farqlar tranzaksiyalarni qayta ishlashni murakkablashtirishi mumkin, ayniqsa vaqt belgilari va rejalashtirilgan hodisalar bilan ishlashda. Izchil vaqt zonasidan (masalan, UTC) foydalanish tavsiya etiladi.
Ma'lumotlarni Mahallillashtirish: Ma'lumotlarni mahallillashtirish talablari ma'lumotlarni turli mintaqalarda saqlashni talab qilishi mumkin. Bu tarqatilgan tranzaksiya boshqaruvini yanada murakkablashtirishi va ma'lumotlar maxfiyligi qoidalariga rioya qilishni ta'minlash uchun ehtiyotkorlik bilan rejalashtirishni talab qilishi mumkin.
Valyuta Konvertatsiyasi: Bir nechta valyutalarni o'z ichiga olgan moliyaviy tranzaksiyalar bilan ishlashda valyuta konvertatsiyasini aniqlikni va qoidalarga rioya qilishni ta'minlash uchun ehtiyotkorlik bilan boshqarish kerak.
Normativ Hujjatlarga Muvofiqlik: Turli mamlakatlarda ma'lumotlar maxfiyligi, xavfsizligi va moliyaviy tranzaksiyalar bilan bog'liq turli xil qoidalar mavjud. Tarqatilgan tranzaksiyalarni loyihalash va amalga oshirishda ushbu qoidalarga rioya qilishni ta'minlash muhimdir.

Xulosa

Tarqatilgan tranzaksiyalar va Ikki Fazali Tasdiqlash (2PC) protokoli mustahkam va izchil tarqatilgan tizimlarni qurish uchun muhim tushunchalardir. 2PC atomlikni ta'minlash uchun oddiy va keng tarqalgan echimni taqdim etsa-da, uning cheklovlari, ayniqsa blokirovka va nosozlikning yagona nuqtasi bilan bog'liq, Saga va yakuniy izchillik kabi muqobil yondashuvlarni ehtiyotkorlik bilan ko'rib chiqishni talab qiladi. Kuchli izchillik, mavjudlik va ishlash o'rtasidagi kelishuvlarni tushunish sizning maxsus ilova ehtiyojlaringiz uchun to'g'ri yondashuvni tanlash uchun juda muhimdir. Bundan tashqari, global muhitda ishlaganda tarmoq kechikishi, vaqt zonalari, ma'lumotlarni mahalliy qilish va me'yoriy hujjatlarga muvofiqlik bilan bog'liq qo'shimcha mulohazalarni hal qilish kerak, bu tarqatilgan tranzaksiyalarning muvaffaqiyatini ta'minlash uchun.