Seata AT 模式两阶段过程原理解析【seata AT模式如何做到对业务的无侵入】

在分布式事务中，Seata 的 AT 模式（Automatic Transaction）是一种基于两阶段提交协议的事务模式。它通过自动生成数据快照（before image 和 after image），实现了对分布式事务的高效管理。本文将详细解析 Seata 的 AT 模式两阶段过程，以及 Undo Log 和逆向 SQL 的关系。

1. Seata AT 模式简介

Seata 的 AT 模式是一种基于本地数据库事务的自动事务模式，具备以下核心特点：

自动化：通过拦截业务 SQL，自动记录事务前后的数据快照（before image 和 after image）。
两阶段性：通过两阶段协议（提交或回滚），保证分布式事务的一致性和隔离性。

AT 模式主要通过事务协调器（Transaction Coordinator, TC）来管理事务的状态和分支协调，客户端通过 Resource Manager（RM）和 Transaction Manager（TM）与协调器交互。

2. AT 模式两阶段过程

2.1 第一阶段：业务 SQL 执行

第一阶段的核心任务是执行业务 SQL，并记录事务前后的数据快照，以便为后续可能的回滚提供依据。具体流程如下：

拦截业务 SQL
Seata 拦截应用程序提交的业务 SQL，解析其语义（如表名、操作类型、条件范围等），确定受影响的数据行。
保存 before image
在业务 SQL 执行前，从数据库中查询受影响行的状态，并记录为 before image（事务执行前的数据快照）。
- 示例：
  - SQL：UPDATE user SET age = 30 WHERE id = 1;
  - before image：
```
{ "id": 1, "name": "Alice", "age": 25 }
```
执行业务 SQL
实际执行业务 SQL，对数据库进行更新。例如：
- SQL：UPDATE user SET age = 30 WHERE id = 1;
- 执行后，数据库记录变为：
```
{ "id": 1, "name": "Alice", "age": 30 }
```
保存 after image
在业务 SQL 执行后，从数据库中再次查询受影响行的状态，并记录为 after image（事务执行后的数据快照）。
- 示例：
  - after image：
```
{ "id": 1, "name": "Alice", "age": 30 }
```
生成逻辑行锁
Seata 会为受影响的行生成逻辑锁，以防止其他事务对同一行的数据进行修改。

以上操作均在一个本地事务中完成，确保原子性。
第一阶段操作流程图

2.2 第二阶段：事务提交或回滚

第二阶段根据事务协调器（TC）的决策，决定是提交还是回滚。

2.2.1 提交

提交操作：
- 因为第一阶段的业务 SQL 已经提交至数据库，Seata 只需清除 Undo Log 和行锁，完成事务的清理工作。
提交流程图：

2.2.2 回滚

回滚操作：
- 如果事务协调器判定事务失败，Seata 会根据 before image 还原事务执行前的数据状态。
- 脏写校验：
  - 首先验证当前数据库的业务数据是否与 after image 一致。
  - 如果一致，则没有脏写，可以安全回滚。
  - 如果不一致，则存在脏写，需要人工介入处理。
回滚方式：
- 提取 before image 数据。
- 基于 before image 生成逆向 SQL。
- 执行逆向 SQL 将数据恢复到事务前的状态。

3. Undo Log 与逆向 SQL 的关系

3.1 Undo Log 的数据结构

Undo Log 是用于记录事务执行前后的数据快照的日志结构，主要包括：

事务信息：全局事务 ID 和本地事务分支 ID。
表名：事务涉及的表。
受影响的行数据：
- before image：事务执行前的行状态。
- after image：事务执行后的行状态。
操作类型：记录操作类型（INSERT、UPDATE、DELETE）。
时间戳：记录事务发生的时间。

3.2 Undo Log 的作用

快照保存：
- before image：用于回滚事务，恢复数据。
- after image：用于脏写校验，确保数据一致性。
回滚依据：
- 在回滚时，从 Undo Log 中提取快照，生成逆向 SQL。

3.3 为什么需要逆向 SQL？

尽管 before image 已经记录了事务前的状态，但直接覆盖数据库是不现实的，原因如下：

数据库只能通过 SQL 修改数据
- 数据库本身没有直接应用快照的接口，必须通过 SQL 操作数据。
- 逆向 SQL 是对数据操作的精确描述。
还原需要精确性
- 事务操作可能只修改了部分字段。例如：
  - SQL：UPDATE user SET age = 30 WHERE id = 1;
  - 逆向 SQL 只需还原 age 字段，而不是覆盖整条记录。
操作类型的不同处理
- INSERT：回滚时需要生成 DELETE SQL 删除记录。
- UPDATE：回滚时需要生成反向的 UPDATE SQL 恢复字段。
- DELETE：回滚时需要生成 INSERT SQL 插入记录。