{"id":479420,"date":"2023-08-09T10:39:54","date_gmt":"2023-08-09T10:39:54","guid":{"rendered":""},"modified":"2023-09-05T11:18:47","modified_gmt":"2023-09-05T11:18:47","slug":"two-phase-commit","status":"publish","type":"wiki","link":"https:\/\/oneproxy.pro\/de\/wiki\/two-phase-commit\/","title":{"rendered":"Zwei-Phasen-Commit"},"content":{"rendered":"

Two-Phase-Commit (2PC) ist ein verteilter Algorithmus, der in der Informatik verwendet wird, um die Konsistenz einer Transaktion \u00fcber mehrere Datenbanken oder Ressourcen hinweg sicherzustellen. Er garantiert, dass entweder alle beteiligten Knoten die Transaktion durchf\u00fchren oder keiner. Dadurch wird die Datenintegrit\u00e4t gewahrt und Inkonsistenzen in verteilten Systemen vermieden.<\/p>\n

Die Entstehungsgeschichte des Zwei-Phasen-Commits und seine erste Erw\u00e4hnung<\/h2>\n

Das Konzept des Zwei-Phasen-Commit wurde erstmals 1974 von EW Dijkstra in seinem Aufsatz \u201eSolution of a Problem in Concurrent Programming Control\u201c vorgestellt. Sp\u00e4ter, im Jahr 1981, wurde das Zwei-Phasen-Commit-Protokoll von Jim Gray und Andreas Reuter in ihrem einflussreichen Aufsatz \u201eTransaction Processing: Concepts and Techniques\u201c formal beschrieben.<\/p>\n

Detaillierte Informationen zum Zwei-Phasen-Commit<\/h2>\n

Das Zwei-Phasen-Commit ist f\u00fcr die Verwaltung verteilter Transaktionen konzipiert, an denen mehrere Knoten oder Datenbanken beteiligt sind. Dabei muss sichergestellt werden, dass sich alle Knoten dar\u00fcber einig sind, ob die Transaktion festgeschrieben oder abgebrochen werden soll. Das Protokoll l\u00e4uft in zwei Phasen ab: der Vorbereitungsphase und der Commit-Phase.<\/p>\n

In der Vorbereitungsphase:<\/p>\n

    \n
  1. Der Koordinatorknoten sendet eine Vorbereitungsanforderung an alle teilnehmenden Knoten.<\/li>\n
  2. Jeder Teilnehmer antwortet mit Zustimmung (JA) oder Ablehnung (NEIN).<\/li>\n
  3. Wenn ein Teilnehmer nicht einverstanden ist, weist der Koordinator alle Knoten an, die Transaktion abzubrechen.<\/li>\n<\/ol>\n

    In der Commit-Phase:<\/p>\n

      \n
    1. Wenn alle Teilnehmer w\u00e4hrend der Vorbereitungsphase zugestimmt haben (JA), sendet der Koordinator eine Commit-Anfrage an alle Knoten.<\/li>\n
    2. Nach Erhalt der Commit-Anforderung schlie\u00dft jeder Teilnehmer die Transaktion ab, indem er die erforderlichen \u00c4nderungen dauerhaft macht.<\/li>\n
    3. Wenn ein Teilnehmer w\u00e4hrend der Vorbereitungsphase nicht zustimmte (NEIN), sendet der Koordinator eine Abbruchanforderung an alle Knoten und die Transaktion wird zur\u00fcckgesetzt.<\/li>\n<\/ol>\n

      Die interne Struktur des Zwei-Phasen-Commits und seine Funktionsweise<\/h2>\n

      Das zweiphasige Commit umfasst die folgenden Komponenten:<\/p>\n

        \n
      1. \n

        Koordinator<\/strong>: Verantwortlich f\u00fcr die Initiierung und Verwaltung der Transaktion. Es kommuniziert mit allen teilnehmenden Knoten und entscheidet anhand ihrer Antworten, ob die Transaktion festgeschrieben oder abgebrochen wird.<\/p>\n<\/li>\n

      2. \n

        Teilnehmer<\/strong>: An der Transaktion beteiligte Knoten oder Datenbanken. Sie antworten auf die Vorbereitungsanforderung des Koordinators mit einer Zustimmung oder Ablehnung.<\/p>\n<\/li>\n

      3. \n

        Transaktionsprotokoll<\/strong>: Jeder Teilnehmer f\u00fchrt ein Transaktionsprotokoll, in dem alle w\u00e4hrend der Transaktion vorgenommenen \u00c4nderungen aufgezeichnet werden. Mit diesem Protokoll wird sichergestellt, dass \u00c4nderungen bei Bedarf r\u00fcckg\u00e4ngig gemacht werden k\u00f6nnen.<\/p>\n<\/li>\n<\/ol>\n

        Der Algorithmus geht wie folgt vor:<\/p>\n

          \n
        1. \n

          Der Koordinator startet die Vorbereitungsphase, indem er eine Vorbereitungsanfrage an alle Teilnehmer sendet.<\/p>\n<\/li>\n

        2. \n

          Jeder Teilnehmer stimmt dar\u00fcber ab (stimmt zu oder lehnt ab), ob er die Transaktion durchf\u00fchren kann.<\/p>\n<\/li>\n

        3. \n

          Der Koordinator sammelt alle Stimmen und entscheidet, ob die Transaktion ausgef\u00fchrt oder abgebrochen wird.<\/p>\n<\/li>\n

        4. \n

          In der Commit-Phase sendet der Koordinator basierend auf dem Ergebnis der Vorbereitungsphase entweder eine Commit- oder eine Abbruchanforderung an alle Teilnehmer.<\/p>\n<\/li>\n

        5. \n

          Die Teilnehmer treffen die endg\u00fcltige Entscheidung, indem sie entweder die \u00c4nderungen dauerhaft \u00fcbernehmen oder die Transaktion r\u00fcckg\u00e4ngig machen.<\/p>\n<\/li>\n<\/ol>\n

          Analyse der Hauptmerkmale des Zwei-Phasen-Commit<\/h2>\n

          Das zweiphasige Commit bietet mehrere wichtige Funktionen:<\/p>\n

            \n
          1. \n

            Atomarit\u00e4t<\/strong>: Es stellt sicher, dass entweder alle Knoten oder keiner von ihnen eine Commit ausf\u00fchren, wodurch teilweise oder inkonsistente Aktualisierungen vermieden werden.<\/p>\n<\/li>\n

          2. \n

            Konsistenz<\/strong>: Das Protokoll garantiert, dass das System auch bei auftretenden Fehlern konsistent bleibt.<\/p>\n<\/li>\n

          3. \n

            Haltbarkeit<\/strong>: Sobald die Transaktion best\u00e4tigt wurde, werden die \u00c4nderungen dauerhaft und \u00fcberstehen Systemausf\u00e4lle.<\/p>\n<\/li>\n

          4. \n

            Blockierende Natur<\/strong>: Das Zwei-Phasen-Commit hat einen blockierenden Charakter, d. h. es kann unbegrenzt auf eine Antwort der Teilnehmer warten, was zu potenziellen Verz\u00f6gerungen f\u00fchren kann.<\/p>\n<\/li>\n<\/ol>\n

            Arten von Zwei-Phasen-Commit<\/h2>\n

            Es gibt Variationen des Zwei-Phasen-Commit-Protokolls, darunter:<\/p>\n\n\n\n\n\n\n\n
            Typ<\/th>\nBeschreibung<\/th>\n<\/tr>\n<\/thead>\n
            Grundlegendes zweiphasiges Commit<\/td>\nDie zuvor beschriebene Standardversion.<\/td>\n<\/tr>\n
            Dreiphasiges Commit<\/td>\nF\u00fcgt eine zus\u00e4tzliche \u201ePre-Commit\u201c-Phase hinzu, um blockierende Probleme zu beheben.<\/td>\n<\/tr>\n
            Optimistisches Commitment<\/td>\nErm\u00f6glicht den Teilnehmern, sich vorab zu verpflichten, bevor sie die Entscheidung vom Koordinator erhalten.<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

            M\u00f6glichkeiten zur Verwendung des Zwei-Phasen-Commits, Probleme und deren L\u00f6sungen<\/h2>\n

            Das Zwei-Phasen-Commit findet Anwendung in verschiedenen Bereichen, beispielsweise:<\/p>\n

              \n
            1. \n

              Datenbankmanagement<\/strong>: Sicherstellen der Konsistenz und Integrit\u00e4t in verteilten Datenbanksystemen.<\/p>\n<\/li>\n

            2. \n

              E-Commerce-Transaktionen<\/strong>: Verwalten von Transaktionen \u00fcber mehrere Server hinweg bei Online-K\u00e4ufen.<\/p>\n<\/li>\n<\/ol>\n

              Das Protokoll weist jedoch einige Einschr\u00e4nkungen auf:<\/p>\n

                \n
              1. \n

                Blockierung<\/strong>: Die blockierende Natur von 2PC kann insbesondere bei gro\u00dfen Systemen zu Leistungsproblemen f\u00fchren.<\/p>\n<\/li>\n

              2. \n

                Der Punkt des Versagens<\/strong>: Der Koordinator fungiert als einzelner Ausfallpunkt. Wenn er abst\u00fcrzt, kann der gesamte Transaktionsprozess fehlschlagen.<\/p>\n<\/li>\n<\/ol>\n

                Zur Milderung dieser Probleme gibt es einige L\u00f6sungen:<\/p>\n

                  \n
                1. \n

                  Optimierungen<\/strong>: Implementieren von Optimierungstechniken, wie z. B. Eager-Commit- oder Non-Blocking-Commit-Strategien, um Blockierungsprobleme zu reduzieren.<\/p>\n<\/li>\n

                2. \n

                  Koordinator-Redundanz<\/strong>: Einf\u00fchrung einer Koordinatorredundanz mit einem Failover-Mechanismus zur Verbesserung der Fehlertoleranz.<\/p>\n<\/li>\n<\/ol>\n

                  Hauptmerkmale und andere Vergleiche mit \u00e4hnlichen Begriffen<\/h2>\n\n\n\n\n\n\n\n\n
                  Charakteristisch<\/th>\nVergleich mit Zwei-Phasen-Commit<\/th>\n<\/tr>\n<\/thead>\n
                  Konsistenz<\/td>\n\u00c4hnlich wie Three-Phase Commit und Paxos bei der Aufrechterhaltung der Konsistenz in verteilten Systemen.<\/td>\n<\/tr>\n
                  Leistung<\/td>\nIm Vergleich zu Paxos und Raft kann das Zwei-Phasen-Commit aufgrund von Blockierungen eine h\u00f6here Latenz aufweisen.<\/td>\n<\/tr>\n
                  Fehlertoleranz<\/td>\nSowohl Two-Phase Commit als auch Paxos bieten Fehlertoleranz, wobei Two-Phase Commit einfacher zu implementieren ist.<\/td>\n<\/tr>\n
                  Kommunikationsaufwand<\/td>\nRaft weist einen geringeren Kommunikationsaufwand als Two-Phase Commit auf und ist daher besser f\u00fcr Gro\u00dfsysteme geeignet.<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

                  Perspektiven und Technologien der Zukunft im Zusammenhang mit Two-Phase-Commit<\/h2>\n

                  Im Zuge der Weiterentwicklung verteilter Systeme k\u00f6nnen effizientere und fehlertolerantere Transaktionsprotokolle entstehen. Forscher untersuchen Alternativen wie Raft, Paxos und Varianten von Two-Phase-Commit, um die Einschr\u00e4nkungen und Skalierbarkeitsprobleme zu beheben. Dar\u00fcber hinaus k\u00f6nnen Fortschritte bei Konsensalgorithmen und maschinellem Lernen zu neuen M\u00f6glichkeiten f\u00fchren, verteilte Vereinbarungen zu erreichen.<\/p>\n

                  Wie Proxy-Server mit dem Zwei-Phasen-Commit verwendet oder verkn\u00fcpft werden k\u00f6nnen<\/h2>\n

                  Proxyserver fungieren als Vermittler zwischen Clients und Servern und verarbeiten Anfragen und Antworten im Namen der Clients. Obwohl sie nicht direkt mit dem Zwei-Phasen-Commit verbunden sind, k\u00f6nnen Proxyserver eine wichtige Rolle bei der Verteilung von Transaktionen auf mehrere Backend-Server spielen.<\/p>\n

                  Wenn Clients verteilte Transaktionen \u00fcber einen Proxyserver initiieren, kann der Proxy Anfragen intelligent an verschiedene Backend-Knoten weiterleiten und dabei am Two-Phase-Commit-Protokoll teilnehmen. Dies erm\u00f6glicht Lastausgleich und verbesserte Fehlertoleranz in verteilten Systemen. Dar\u00fcber hinaus k\u00f6nnen Proxyserver Antworten zwischenspeichern, wodurch die Belastung der Backend-Knoten verringert und die Gesamtsystemleistung verbessert wird.<\/p>\n

                  verwandte Links<\/h2>\n