分布式事务（跨分片事务）

作者：陈川阅读数：7342人阅读分类： MongoDB

分布式事务（跨分片事务）的概念

分布式事务是指跨越多个数据库或分片的事务操作，需要保证这些操作的原子性、一致性、隔离性和持久性（ACID）。在MongoDB中，跨分片事务允许在多个分片上执行写操作，并确保这些操作要么全部成功，要么全部失败。这对于需要强一致性的应用程序至关重要。

MongoDB从4.0版本开始支持副本集内的多文档事务，4.2版本扩展了这一功能，支持跨分片的多文档事务。这意味着开发者可以在分片集群中执行涉及多个分片的事务操作，而无需担心数据不一致的问题。

MongoDB跨分片事务的实现原理

MongoDB的跨分片事务基于两阶段提交（2PC）协议实现。以下是其核心工作流程：

准备阶段：事务协调器向所有参与的分片发送准备命令，每个分片执行事务操作但不提交，将结果存储在事务日志中。
提交/中止阶段：如果所有分片都准备成功，协调器发送提交命令；如果有任何分片准备失败，协调器发送中止命令。
恢复机制：如果协调器在提交过程中失败，分片会定期与协调器通信以确定事务的最终状态。

// 示例：使用Node.js驱动执行跨分片事务
const { MongoClient } = require('mongodb');

async function runTransaction() {
  const client = await MongoClient.connect('mongodb://localhost:27017');
  const session = client.startSession();
  
  try {
    session.startTransaction({
      readConcern: { level: 'snapshot' },
      writeConcern: { w: 'majority' }
    });
    
    const db1 = client.db('db1').collection('users');
    const db2 = client.db('db2').collection('orders');
    
    await db1.updateOne(
      { _id: 'user123' },
      { $inc: { balance: -100 } },
      { session }
    );
    
    await db2.insertOne(
      { userId: 'user123', amount: 100, date: new Date() },
      { session }
    );
    
    await session.commitTransaction();
    console.log('Transaction committed');
  } catch (error) {
    await session.abortTransaction();
    console.error('Transaction aborted:', error);
  } finally {
    session.endSession();
    client.close();
  }
}

runTransaction();

跨分片事务的性能考量

跨分片事务虽然提供了强一致性保证，但会带来一定的性能开销：

延迟增加：两阶段提交需要额外的网络往返，增加了事务完成时间。
锁竞争：事务期间会持有锁，可能导致其他操作阻塞。
资源消耗：事务日志需要额外的存储空间和I/O操作。

为了优化性能，可以考虑以下策略：

尽量缩短事务持续时间
减少事务中涉及的分片数量
合理设计分片键，使相关数据尽量位于同一分片
使用适当的读写关注级别

事务超时与重试机制

MongoDB为跨分片事务提供了超时和自动重试机制：

事务超时：默认60秒，可通过transactionLifetimeLimitSeconds配置。
可重试写入：驱动程序可以自动重试某些可重试的错误。

// 配置事务选项示例
const transactionOptions = {
  readConcern: { level: 'snapshot' },
  writeConcern: { w: 'majority', j: true },
  maxCommitTimeMS: 10000, // 10秒超时
  readPreference: 'primary'
};

实际应用场景示例

电商平台订单处理：

用户下单后需要：
- 从用户账户扣款（用户分片）
- 创建订单记录（订单分片）
- 更新库存（商品分片）

// 电商事务示例
async function processOrder(userId, productId, quantity) {
  const session = client.startSession();
  try {
    session.startTransaction();
    
    // 扣减用户余额
    await usersCollection.updateOne(
      { _id: userId },
      { $inc: { balance: -totalPrice } },
      { session }
    );
    
    // 创建订单记录
    await ordersCollection.insertOne({
      userId,
      productId,
      quantity,
      totalPrice,
      status: 'pending'
    }, { session });
    
    // 更新库存
    await inventoryCollection.updateOne(
      { _id: productId },
      { $inc: { stock: -quantity } },
      { session }
    );
    
    await session.commitTransaction();
  } catch (error) {
    await session.abortTransaction();
    throw error;
  } finally {
    session.endSession();
  }
}

监控与故障排查

监控跨分片事务的关键指标：

事务统计：

db.runCommand({ serverStatus: 1 }).transactions

当前活动事务：

db.currentOp({ 'lsid': { $exists: true } })

事务日志：检查mongod日志中的事务相关条目

常见问题排查方法：

事务超时：检查事务持续时间是否过长
锁等待：分析锁竞争情况
网络分区：检查集群节点间连接

最佳实践与限制

最佳实践：

设计合适的分片键，尽量减少跨分片操作
事务中避免长时间运行的操作
合理设置事务超时时间
实现适当的错误处理和重试逻辑

限制：

事务中不能创建或删除集合
不能修改分片键值
事务大小限制（默认16MB）
某些命令不能在事务中执行（如createIndex）

// 错误示例：事务中不允许的操作
async function invalidTransaction() {
  const session = client.startSession();
  try {
    session.startTransaction();
    
    // 错误：不能在事务中创建集合
    await db.createCollection('newCollection', { session });
    
    await session.commitTransaction();
  } catch (error) {
    console.error('This will fail:', error);
    await session.abortTransaction();
  }
}