中國電子云資料庫 Mesh 項目 DBPack 的實踐
作者：劉曉敏
2022 年 4 月，中國電子云開源了其雲原生資料庫 Mesh 項目 DBPack。該項目的誕生，旨在解決用戶上雲過程中面臨的一些技術難點，諸如分散式事務、分庫分表等。由於它資料庫 Mesh 的定位，意味著它可以支援任意微服務程式語言。
分散式事務
DBPack 的分散式事務致力於實現對用戶的業務無入侵，它對 HTTP 流量和 MYSQL 流量做了攔截代理，支援 AT 模式（自動補償 SQL）和 TCC 模式（自動補償 HTTP 請求）。
DBPack 從 Kubernetes control loop 思想中獲得靈感，採用 ETCD Watch 機制來驅動分散式事務提交回滾。在採用代理使連接增加一跳的情況下，它的性能相比採用 MYSQL 存儲的分散式事務解決方案 seata-golang 性能提高了百分之 50。
AT 模式
AT 模式的性能取決於全局鎖的釋放速度，哪個事務競爭到了全局鎖就能對業務數據做修改，在單位時間內，全局鎖的釋放速度越快，競爭到鎖的事務越多，性能越高。從 ETCD 官方 Bench 測試數據中可以看到，ETCD 在高並發下，讀寫延遲很低，不同並發壓力下寫延遲 2 毫秒到 20 毫秒不等，讀延遲基本在 10 毫秒以內。採用 ETCD 來存儲全局鎖是 DBPack 分散式事務性能提升的關鍵。
上圖展示了 seata-golang 協調一個分散式事務的交互邏輯。從圖上我們可以看出，事務發起者（TM）和事務協調者（TC）間存在創建（開始）全局事務、提交（回滾）全局事務 RPC 交互。事務參與者（RM）和事務協調者（TC）間存在註冊分支事務、報告分支事務執行狀態 RPC 交互。事務協調者（TC）和 MYSQL 交互保存狀態數據。
而 DBPack 創建全局事務、註冊分支事務只是在 ETCD 插入兩條 KV 數據，事務提交回滾時修改對應數據的狀態，DBPack Sidecar 通過 ETCD Watch 機制感知到數據的變化就能立即處理數據的提交回滾，從而在交互上減少了很多 RPC 請求。
各 Sidecar Watch 應用產生的數據，各自處理，實際上已經沒有中心化的事務協調者，架構也變得簡單了。核心的事務協調邏輯程式碼包括配置程式碼都比 Seata-golang 大幅減少。所以 DBPack 以全新的雲原生的思路，帶了更簡潔的架構和更高的性能。
DBPack 支援所有微服務程式語言，samples 中已提供了 Go 語言和 Java 語言的例子，PHP 和 Python 的例子也在開發中。
TCC 模式
提到 TCC 模式，大家可能第一時間想到 TCC 模式可能存在的問題：冪等性、防懸掛等。事務懸掛產生的原因是什麼？其實這是一個很偽的問題！
APP1 在調用 APP2 的 Prepare 方法之前，事務框架根據上下文資訊，自動把 Commit、Cancel 需要執行的方法名以及 Prepare 方法執行的上下文告訴事務協調者（註冊分支事務），再執行 Prepare 方法。如果執行 APP1 調用 APP2 的 Prepare 方法的時候，發生網路問題，導致 APP2 遲遲沒有收到 Prepare 請求，事務協調者經過一定時間後，認為全局事務超時，則 TC 根據註冊上來的事務分支資訊發起全局回滾，此時，APP1 向 APP2 發起一個 Cancel 請求，很巧的是，APP2 端 Cancel 請求比 Prepare 請求先到達，事務空回滾後，再收到 Prepare 請求，Prepare 如果正常執行了，那就完了，全局事務已經回滾了，這個 Prepare 操作永遠也不會提交、回滾，事務掛起了，數據不一致了。
首先，這種概率很小，其次，為什麼一定要在 Prepare 網路請求之前註冊分支事務，可不可以在 APP2 收到 Prepare 請求執行業務程式碼之前註冊，這時候一定能確定 Prepare 請求已經到了，Cancel 請求確定能在 Prepare 請求之後發生，是不是就不存在懸掛問題了。
實際上 seata-golang 誕生之時就支援在分支業務執行端註冊 TCC 事務分支，但大家可能沒有深入思考這個問題，機械地認為事務懸掛必然會發生。
DBPack 也是在請求到達 sidecar 後再註冊 TCC 事務分支，確保 Prepare 先於 Cancel 執行。有人說因為 CPU 調度的原因，還是可能出現 Cancel 先於 Prepare 執行的情況，但這種概率非常非常低。具體到操作的業務數據，建議使用 XID 和 BranchID 加鎖。
讀寫分離
DBPack 當前支援對 SQL 請求自動路由，寫請求路由到寫庫，讀請求路由到讀庫。在開啟事務的情況下，請求自動路由到寫庫。同時，也可以通過 SQL Hint 自動路由讀請求到用戶指定的資料庫。
分庫分表
分庫分表的功能目前還在開發中，當前已經支援跨分片、跨 DB 的查詢請求，支援 Order By 和 Limit。
結語
更多特性我們也在積極開發中，DBPack 社區非常 Open，進入到社區我們都是平等的開源愛好者，在這裡你也可以成長為大佬，歡迎感興趣的同學與我們一起建設 DBPack 社區。進群或參與社區建設請添加微信：scottlewis。
鏈接
DBPack 項目地址：//github.com/cectc/dbpack
DBPack 文檔：//cectc.github.io/dbpack-doc/#/
