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JPA多数据源分布式事务处理-两种事务方案

2020-06-11ORM/持久化3193次点击
JPA多数据源分布式事务处理-两种事务方案
前言

多数据源的事务处理是个老生常谈的话题，跨两个数据源的事务管理也算是分布式事务的范畴，在同一个JVM里处理多数据源的事务，比较经典的处理方案是JTA(基于XA协议建模的java标准事务抽象)+XA(XA事务协议)，常见的JTA实现框架有Atomikos、Bitronix、Narayana，Spring对这些框架都有组件封装，基本可以做到开箱即用程度。本文除了分享XA事务方案外，提供了一种新的多数据源事务解决思路和视角。

问题背景

在解决mysql字段脱敏处理时，结合sharding-jdbc的脱敏组件功能，为了sql兼容和最小化应用改造，博主给出了一个多数据源融合的字段脱敏解决方案（只把包含脱敏字段表的操作走sharding-jdbc脱敏代理数据源）。这个方案解决了问题的同时，带来了一个新的问题，数据源的事务是独立的，正如我文中所述《JPA项目多数据源模式整合sharding-jdbc实现数据脱敏》,在spring上下文中，每个数据源对应一个独立的事务管理器，默认的事务管理器的数据源就用业务本身的数据源，所以需要加密的业务使用时，需要指定@Transactional注解里的事务管理器名称为脱敏对应的事务管理器名称。简单的业务场景这样用也就没有问题了，但是一般的业务场景总有一个事务覆盖两个数据源的操作，这个时候单指定哪个事务管理器都不行，so，这里需要一种多数据源的事务管理器。

XA事务方案
XA协议采用2PC(两阶段提交)的方式来管理分布式事务。XA接口提供资源管理器与事务管理器之间进行通信的标准接口。在JDBC的XA事务相关api抽象里，相关接口定义如下

XADataSource，XA协议数据源 

public interface XADataSource extends CommonDataSource {
  /**
   * 尝试建立物理数据库连接，使用给定的用户名和密码。返回的连接可以在分布式事务中使用
   */
  XAConnection getXAConnection() throws SQLException;
   //省略getLogWriter等非关键方法
 }

XAConnection 

public interface XAConnection extends PooledConnection {

    /**
     * 检索一个{@code XAResource}对象，事务管理器将使用该对象管理该{@code XAConnection}对象在分布式事务中的事务行为
     */
    javax.transaction.xa.XAResource getXAResource() throws SQLException;
}

XAResource 

public interface XAResource {
    /**
     * 提交xid指定的全局事务
     */
    void commit(Xid xid, boolean onePhase) throws XAException;

    /**
     * 结束代表事务分支执行的工作。资源管理器从指定的事务分支中分离XA资源，并让事务完成。
     */
    void end(Xid xid, int flags) throws XAException;

    /**
     * 通知事务管理器忽略此xid事务分支
     */
    void forget(Xid xid) throws XAException;

    /**
     * 判断是否同一个资源管理器
     */
    boolean isSameRM(XAResource xares) throws XAException;

    /**
     * 指定xid事务准备阶段
     */
    int prepare(Xid xid) throws XAException;

    /**
     * 从资源管理器获取准备好的事务分支的列表。事务管理器在恢复期间调用此方法，
     * 以获取当前处于准备状态或初步完成状态的事务分支的列表。
     */
    Xid[] recover(int flag) throws XAException;

    /**
     * 通知资源管理器回滚代表事务分支完成的工作。
     */
    void rollback(Xid xid) throws XAException;

    /**
     * 代表xid中指定的事务分支开始工作。
     */
    void start(Xid xid, int flags) throws XAException;

    //省略非关键方法
}

相比较普通的事务管理，JDBC的XA协议管理多了一个XAResource资源管理器，XA事务相关的行为（开启、准备、提交、回滚、结束）都由这个资源管理器来控制，这些都是框架内部的行为，体现在开发层面提供的数据源也变成了XADataSource。而JTA的抽象里，定义了UserTransaction、TransactionManager。想要使用JTA事务，必须先实现这两个接口。所以，如果我们要使用JTA+XA控制多数据源的事务，在sprign boot里以Atomikos为例，

引入Atomikos依赖 

        <dependency>
            <groupId>org.springframework.boot</groupId>
            <artifactId>spring-boot-starter-jta-atomikos</artifactId>
        </dependency>

spring boot已经帮我们把XA事务管理器自动装载类定义好了，如：

创建JTA事务管理器
@Configuration(proxyBeanMethods = false)
@EnableConfigurationProperties({ AtomikosProperties.class, JtaProperties.class })
@ConditionalOnClass({ JtaTransactionManager.class, UserTransactionManager.class })
@ConditionalOnMissingBean(PlatformTransactionManager.class)
class AtomikosJtaConfiguration {

	@Bean(initMethod = "init", destroyMethod = "shutdownWait")
	@ConditionalOnMissingBean(UserTransactionService.class)
	UserTransactionServiceImp userTransactionService(AtomikosProperties atomikosProperties,
			JtaProperties jtaProperties) {
		Properties properties = new Properties();
		if (StringUtils.hasText(jtaProperties.getTransactionManagerId())) {
			properties.setProperty("com.atomikos.icatch.tm_unique_name", jtaProperties.getTransactionManagerId());
		}
		properties.setProperty("com.atomikos.icatch.log_base_dir", getLogBaseDir(jtaProperties));
		properties.putAll(atomikosProperties.asProperties());
		return new UserTransactionServiceImp(properties);
	}
	@Bean(initMethod = "init", destroyMethod = "close")
	@ConditionalOnMissingBean(TransactionManager.class)
	UserTransactionManager atomikosTransactionManager(UserTransactionService userTransactionService) throws Exception {
		UserTransactionManager manager = new UserTransactionManager();
		manager.setStartupTransactionService(false);
		manager.setForceShutdown(true);
		return manager;
	}
	@Bean
	@ConditionalOnMissingBean(XADataSourceWrapper.class)
	AtomikosXADataSourceWrapper xaDataSourceWrapper() {
		return new AtomikosXADataSourceWrapper();
	}
	@Bean
	JtaTransactionManager transactionManager(UserTransaction userTransaction, TransactionManager transactionManager,
			ObjectProvidertransactionManagerCustomizers) {
		JtaTransactionManager jtaTransactionManager = new JtaTransactionManager(userTransaction, transactionManager);
		transactionManagerCustomizers.ifAvailable((customizers) -> customizers.customize(jtaTransactionManager));
		return jtaTransactionManager;
	}
    、、、、、、、、、、
}
显然，想要使用XA事务，除了需要提供UserTransaction、TransactionManager的实现。还必须要有一个XADataSource，而sharding-jdbc代理的数据源是DataSource的，我们需要将XADataSource包装成普通的DataSource，spring已经提供了一个AtomikosXADataSourceWrapper的XA数据源包装器，而且在AtomikosJtaConfiguration里已经注册到Spring上下文中，所以我们在自定义数据源时可以直接注入包装器实例，然后，因为是JPA环境，所以在创建EntityManagerFactory实例时，需要指定JPA的事务管理类型为JTA，综上，普通的业务默认数据源配置如下： 
/**
 * @author: kl @kailing.pub
 * @date: 2020/5/18
 */
@Configuration
@EnableConfigurationProperties({JpaProperties.class, DataSourceProperties.class})
public class DataSourceConfiguration{

    @Primary
    @Bean
    public DataSource dataSource(AtomikosXADataSourceWrapper wrapper, DataSourceProperties dataSourceProperties) throws Exception {
        MysqlXADataSource dataSource = dataSourceProperties.initializeDataSourceBuilder().type(MysqlXADataSource.class).build();
        return wrapper.wrapDataSource(dataSource);
    }

    @Primary
    @Bean(initMethod = "afterPropertiesSet")
    public LocalContainerEntityManagerFactoryBean entityManagerFactory(JpaProperties jpaProperties, DataSource dataSource, EntityManagerFactoryBuilder factoryBuilder) {
        return factoryBuilder.dataSource(dataSource)
                .packages(Constants.BASE_PACKAGES)
                .properties(jpaProperties.getProperties())
                .persistenceUnit("default")
                .jta(true)
                .build();
    }

    @Bean
    @Primary
    public EntityManager entityManager(EntityManagerFactory entityManagerFactory){
        //必须使用SharedEntityManagerCreator创建SharedEntityManager实例，否则SimpleJpaRepository中的事务不生效
        return SharedEntityManagerCreator.createSharedEntityManager(entityManagerFactory);
    }
}

sharding-jdbc加密数据源和普通业务数据源其实是同一个数据源，只是走加解密逻辑的数据源需要被sharding-jdbc的加密组件代理一层，加上了加解密的处理逻辑。所以配置如下： 

/**
 * @author: kl @kailing.pub
 * @date: 2020/5/18
 */
@Configuration
@EnableConfigurationProperties({JpaProperties.class,SpringBootEncryptRuleConfigurationProperties.class, SpringBootPropertiesConfigurationProperties.class})
public class EncryptDataSourceConfiguration {

    @Bean
    public DataSource encryptDataSource(DataSource dataSource,SpringBootPropertiesConfigurationProperties props,SpringBootEncryptRuleConfigurationProperties encryptRule) throws SQLException {
        return EncryptDataSourceFactory.createDataSource(dataSource, new EncryptRuleConfigurationYamlSwapper().swap(encryptRule), props.getProps());
    }

    @Bean(initMethod = "afterPropertiesSet")
    public LocalContainerEntityManagerFactoryBean encryptEntityManagerFactory(@Qualifier("encryptDataSource") DataSource dataSource,JpaProperties jpaProperties, EntityManagerFactoryBuilder factoryBuilder) throws SQLException {
        return factoryBuilder.dataSource(dataSource)
                .packages(Constants.BASE_PACKAGES)
                .properties(jpaProperties.getProperties())
                .persistenceUnit("encryptPersistenceUnit")
                .jta(true)
                .build();
    }

    @Bean
    public EntityManager encryptEntityManager(@Qualifier("encryptEntityManagerFactory") EntityManagerFactory entityManagerFactory){
        //必须使用SharedEntityManagerCreator创建SharedEntityManager实例，否则SimpleJpaRepository中的事务不生效
        return SharedEntityManagerCreator.createSharedEntityManager(entityManagerFactory);
    }
}
遇到问题1、：Connection pool exhausted - try increasing 'maxPoolSize' and/or 'borrowConnectionTimeout' on the DataSourceBean.
解决问题：默认AtomikosXADataSourceWrapper包装器初始化的数据源连接池最大为1，所以需要添加配置参数如：
spring.jta.atomikos.datasource.max-pool-size=20

遇到问题2、: XAER_INVAL: Invalid arguments (or unsupported command)
解决问题：这个是mysql实现XA的bug，仅当您在同一事务中多次访问同一MySQL数据库时，才会发生此问题，在mysql连接url加上如下参数即可，如：
spring.datasource.url = jdbc:mysql://127.0.0.1:3306/xxx?pinGlobalTxToPhysicalConnection=true

Mysql XA事务行为
在这个场景中，虽然是多数据源，但是底层链接的是同一个mysql数据库，所以XA事务行为为，从第一个执行的sql开始（并不是JTA事务begin阶段），生成xid并XA START事务，然后XA END。第二个数据源的sql执行时会判断是否同一个mysql资源，如果是同一个则用刚生成的xid重新XA START RESUME，然后XA END，最终虽然在应用层是两个DataSource，其实最后只会调用XA COMMIT一次。mysql驱动实现的XAResource的start如下：
    public void start(Xid xid, int flags) throws XAException {
        StringBuilder commandBuf = new StringBuilder(MAX_COMMAND_LENGTH);
        commandBuf.append("XA START ");
        appendXid(commandBuf, xid);

        switch (flags) {
            case TMJOIN:
                commandBuf.append(" JOIN");
                break;
            case TMRESUME:
                commandBuf.append(" RESUME");
                break;
            case TMNOFLAGS:
                // no-op
                break;
            default:
                throw new XAException(XAException.XAER_INVAL);
        }
        dispatchCommand(commandBuf.toString());
        this.underlyingConnection.setInGlobalTx(true);
    }
第一次sql执行时，flags=0，走的TMNOFLAGS逻辑，第二次sql执行时，flags=134217728，走的TMRESUME，重新开启事务的逻辑。以上是Mysql XA的真实事务逻辑，但是博主研究下来发现，msyql xa并不支持XA START RESUME这种语句，而且有很多限制《Mysql XA交易限制》,所以在mysql数据库使用XA事务时，最好了解下mysql xa的缺陷

链式事务方案
链式事务不是我首创的叫法，在spring-data-common项目的Transaction包下，已经有一个默认实现ChainedTransactionManager，前文中《深入理解spring的@Transactional工作原理》已经分析了Spring的事务抽象，由PlatformTransactionManager(事务管理器)、TransactionStatus(事务状态)、TransactionDefinition(事务定义)等形态组成，ChainedTransactionManager也是实现了PlatformTransactionManager和TransactionStatus。实现原理也很简单，在ChainedTransactionManager内部维护了事务管理器的集合，通过代理编排真实的事务管理器，在事务开启、提交、回滚时，都分别操作集合里的事务。以达到对多个事务的统一管理。这个方案比较简陋，而且有缺陷，在提交阶段，如果异常不是发生在第一个数据源，那么会存在之前的提交不会回滚，所以在使用ChainedTransactionManager时，尽量把出问题可能性比较大的事务管理器放链的后面(开启事务、提交事务顺序相反)。这里只是抛出了一种新的多数据源事务管理的思路，能用XA尽量用XA管理。
普通的业务默认数据源配置如下： 
/**
 * @author: kl @kailing.pub
 * @date: 2020/5/18
 */
@Configuration
@EnableConfigurationProperties({JpaProperties.class, DataSourceProperties.class})
public class DataSourceConfiguration{

    @Primary
    @Bean
    public DataSource dataSource(DataSourceProperties dataSourceProperties){
       return dataSourceProperties.initializeDataSourceBuilder().type(HikariDataSource.class).build();
    }

    @Primary
    @Bean(initMethod = "afterPropertiesSet")
    public LocalContainerEntityManagerFactoryBean entityManagerFactory(JpaProperties jpaProperties, DataSource dataSource, EntityManagerFactoryBuilder factoryBuilder) {
        return factoryBuilder.dataSource(dataSource)
                .packages(Constants.BASE_PACKAGES)
                .properties(jpaProperties.getProperties())
                .persistenceUnit("default")
                .build();
    }

    @Bean
    @Primary
    public EntityManager entityManager(EntityManagerFactory entityManagerFactory){
        //必须使用SharedEntityManagerCreator创建SharedEntityManager实例，否则SimpleJpaRepository中的事务不生效
        return SharedEntityManagerCreator.createSharedEntityManager(entityManagerFactory);
    }

    @Primary
    @Bean
    public PlatformTransactionManager transactionManager(EntityManagerFactory entityManagerFactory){
        JpaTransactionManager txManager = new JpaTransactionManager();
        txManager.setEntityManagerFactory(entityManagerFactory);
        return txManager;
    }
}
sharding-jdbc加密数据源配置如下：
/**
 * @author: kl @kailing.pub
 * @date: 2020/5/18
 */
@Configuration
@EnableConfigurationProperties({JpaProperties.class,SpringBootEncryptRuleConfigurationProperties.class, SpringBootPropertiesConfigurationProperties.class})
public class EncryptDataSourceConfiguration {

    @Bean
    public DataSource encryptDataSource(DataSource dataSource,SpringBootPropertiesConfigurationProperties props,SpringBootEncryptRuleConfigurationProperties encryptRule) throws SQLException {
        return EncryptDataSourceFactory.createDataSource(dataSource, new EncryptRuleConfigurationYamlSwapper().swap(encryptRule), props.getProps());
    }

    @Bean(initMethod = "afterPropertiesSet")
    public LocalContainerEntityManagerFactoryBean encryptEntityManagerFactory(@Qualifier("encryptDataSource") DataSource dataSource,JpaProperties jpaProperties, EntityManagerFactoryBuilder factoryBuilder) throws SQLException {
        return factoryBuilder.dataSource(dataSource)
                .packages(Constants.BASE_PACKAGES)
                .properties(jpaProperties.getProperties())
                .persistenceUnit("encryptPersistenceUnit")
                .build();
    }

    @Bean
    public EntityManager encryptEntityManager(@Qualifier("encryptEntityManagerFactory") EntityManagerFactory entityManagerFactory){
        //必须使用SharedEntityManagerCreator创建SharedEntityManager实例，否则SimpleJpaRepository中的事务不生效
        return SharedEntityManagerCreator.createSharedEntityManager(entityManagerFactory);
    }

    @Bean
    public PlatformTransactionManager chainedTransactionManager(PlatformTransactionManager transactionManager) throws SQLException {
        JpaTransactionManager encryptTransactionManager = new JpaTransactionManager();
        encryptTransactionManager.setEntityManagerFactory(encryptEntityManagerFactory());
        //使用链式事务管理器包装真正的transactionManager、txManager事务
        ChainedTransactionManager chainedTransactionManager = new ChainedTransactionManager(encryptTransactionManager,transactionManager);
        return chainedTransactionManager;
    }
}
使用这种方案，在涉及到多数据源的业务时，需要指定使用哪个事务管理器，如：
    @PersistenceContext(unitName = "encryptPersistenceUnit")
    private EntityManager entityManager;

    @PersistenceContext
    private EntityManager manager;

    @Transactional(transactionManager = "chainedTransactionManager")
    public AccountModel  save(AccountDTO dto){
        AccountModel accountModel = AccountMapper.INSTANCE.dtoTo(dto);

        entityManager.persist(accountModel);
        entityManager.flush();
        AccountModel accountMode2 = AccountMapper.INSTANCE.dtoTo(dto);

        manager.persist(accountMode2);
        manager.flush();

        return accountModel;
    }
结语
综上，对于JPA的多数据源分布式事务处理，JTA的事务管理器经过spring boot的封装已经可以开箱即用了。重点在JPA环境下，需要指定EntityManagerFactory的事务使用JTA事务。另本文分享了一种链式事务编排的方式也可以应用在这种场景，但是特殊的场景下不能保证事务的完整性，所以博主推荐使用JtaTransactionManager，有符合的场景也可以试试ChainedTransactionManager。
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标签:分布式事务,XA
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深入理解spring的@Transactional工作原理