layout: post title: "详解 Seata AT 模式事务隔离级别与全局锁设计" categories: Seata tags: Transaction GlobalLock
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。
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：
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。
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。
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
public T doExecute(Object... args) throws Throwable {
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 {
// ...
}
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：
io.seata.rm.datasource.ConnectionProxy#register
private void register() throws TransactionException {
if (!context.hasUndoLog() || !context.hasLockKey()) {
return;
}
Long branchId = DefaultResourceManager.get().branchRegister(BranchType.AT, getDataSourceProxy().getResourceId(),
null, context.getXid(), null, context.buildLockKeys());
context.setBranchId(branchId);
}
io.seata.server.transaction.at.ATCore#branchSessionLock
protected void branchSessionLock(GlobalSession globalSession, BranchSession branchSession) throws TransactionException {
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
private void processLocalCommitWithGlobalLocks() throws SQLException {
checkLock(context.buildLockKeys());
try {
targetConnection.commit();
} catch (Throwable ex) {
throw new SQLException(ex);
}
context.reset();
}
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。
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。
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。