Two-phase commit (2PC) é um algoritmo distribuído usado em ciência da computação para garantir a consistência de uma transação em vários bancos de dados ou recursos. Garante que todos os nós participantes se comprometam com a transação ou nenhum deles o faça, mantendo assim a integridade dos dados e evitando inconsistências em sistemas distribuídos.
A história da origem do commit em duas fases e a primeira menção dele
O conceito de commit em duas fases foi introduzido pela primeira vez por EW Dijkstra em 1974 em seu artigo intitulado “Solução de um problema no controle de programação simultânea”. Mais tarde, em 1981, o protocolo de commit de duas fases foi formalmente descrito por Jim Gray e Andreas Reuter em seu influente artigo “Transaction Processing: Concepts and Techniques”.
Informações detalhadas sobre commit em duas fases
A confirmação em duas fases foi projetada para gerenciar transações distribuídas onde vários nós ou bancos de dados estão envolvidos. É essencial garantir que todos os nós concordem em confirmar ou abortar a transação. O protocolo opera em duas fases: a fase de preparação e a fase de confirmação.
Na fase de preparação:
- O nó coordenador envia uma solicitação de preparação a todos os nós participantes.
- Cada participante responde concordando (SIM) ou discordando (NÃO).
- Caso algum participante discorde, o coordenador instrui todos os nós a abortar a transação.
Na fase de confirmação:
- Se todos os participantes concordarem (SIM) durante a fase de preparação, o coordenador envia uma solicitação de commit a todos os nós.
- Ao receber a solicitação de commit, cada participante finaliza a transação tornando permanentes as alterações necessárias.
- Caso algum participante discorde (NÃO) durante a fase de preparação, o coordenador envia uma solicitação de aborto a todos os nós e a transação é revertida.
A estrutura interna do commit em duas fases e como funciona
A confirmação de duas fases envolve os seguintes componentes:
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Coordenador: Responsável por iniciar e gerenciar a transação. Ele se comunica com todos os nós participantes e determina se deve confirmar ou abortar a transação com base em suas respostas.
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Participantes: Nós ou bancos de dados envolvidos na transação. Eles respondem à solicitação de preparação do coordenador com acordo ou desacordo.
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Log de transações: Cada participante mantém um log de transações, que registra todas as alterações feitas durante a transação. Esse log ajuda a garantir que as alterações possam ser revertidas, se necessário.
O algoritmo prossegui como desejado:
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O coordenador inicia a fase de preparação enviando uma solicitação de preparação a todos os participantes.
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Cada participante vota (concorda ou discorda) se pode realizar a transação.
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O coordenador coleta todos os votos e decide se compromete ou aborta a transação.
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Na fase de confirmação, o coordenador envia uma solicitação de confirmação ou de cancelamento a todos os participantes com base no resultado da fase de preparação.
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Os participantes executam a decisão final, seja comprometendo as alterações permanentemente ou revertendo a transação.
Análise dos principais recursos do commit em duas fases
O commit em duas fases oferece vários recursos principais:
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Atomicidade: garante que todos os nós sejam confirmados ou nenhum deles o faça, evitando atualizações parciais ou inconsistentes.
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Consistência: O protocolo garante que o sistema permaneça consistente, mesmo na presença de falhas.
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Durabilidade: depois que a transação é confirmada, as alterações se tornam permanentes e sobrevivem às falhas do sistema.
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Bloqueando a Natureza: A confirmação em duas fases tem uma natureza de bloqueio, o que significa que pode esperar indefinidamente por uma resposta dos participantes, levando a possíveis atrasos.
Tipos de commit em duas fases
Existem variações do protocolo de confirmação de duas fases, incluindo:
| Tipo | Descrição |
|---|---|
| Confirmação básica de duas fases | A versão padrão descrita anteriormente. |
| Confirmação trifásica | Adiciona uma fase extra de “pré-comprometimento” para resolver problemas de bloqueio. |
| Compromisso otimista | Permite que os participantes se comprometam previamente antes de receber a decisão do coordenador. |
Maneiras de usar o commit em duas fases, problemas e suas soluções
O commit em duas fases encontra aplicações em vários campos, como:
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Gerenciamento de banco de dados: Garantindo consistência e integridade em sistemas de banco de dados distribuídos.
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Transações de comércio eletrônico: Gerenciando transações em vários servidores durante compras online.
No entanto, o protocolo tem algumas limitações:
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Bloqueio: A natureza de bloqueio do 2PC pode levar a problemas de desempenho, especialmente em sistemas de grande escala.
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Ponto unico de falha: O coordenador atua como ponto único de falha; se travar, todo o processo de transação poderá falhar.
Para mitigar esses problemas, algumas soluções incluem:
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Otimizações: implementação de técnicas de otimização, como estratégias de commit antecipado ou de commit sem bloqueio, para reduzir problemas de bloqueio.
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Redundância de Coordenador: Apresentando redundância de coordenador com um mecanismo de failover para melhorar a tolerância a falhas.
Principais características e outras comparações com termos semelhantes
| Característica | Comparação com commit em duas fases |
|---|---|
| Consistência | Semelhante ao commit trifásico e ao Paxos na manutenção da consistência em sistemas distribuídos. |
| Desempenho | Comparado ao Paxos e ao Raft, o commit em duas fases pode apresentar maior latência devido ao bloqueio. |
| Tolerância ao erro | O commit em duas fases e o Paxos fornecem tolerância a falhas, enquanto o commit em duas fases é mais simples de implementar. |
| Despesas gerais de comunicação | O Raft tem menor sobrecarga de comunicação do que o Two-phase commit, tornando-o mais adequado para sistemas de grande escala. |
Perspectivas e tecnologias do futuro relacionadas ao compromisso em duas fases
À medida que os sistemas distribuídos continuam a evoluir, poderão surgir protocolos de transação mais eficientes e tolerantes a falhas. Os pesquisadores estão explorando alternativas como Raft, Paxos e variantes do Two-phase commit para resolver as limitações e problemas de escalabilidade. Além disso, os avanços nos algoritmos de consenso e no aprendizado de máquina podem levar a novas maneiras de alcançar um acordo distribuído.
Como os servidores proxy podem ser usados ou associados ao commit de duas fases
Os servidores proxy atuam como intermediários entre clientes e servidores, lidando com solicitações e respostas em nome dos clientes. Embora não estejam diretamente associados ao Two-phase commit, os servidores proxy podem desempenhar um papel significativo na distribuição de transações entre vários servidores back-end.
Quando os clientes iniciam transações distribuídas por meio de um servidor proxy, o proxy pode rotear solicitações de forma inteligente para diferentes nós de back-end, participando do protocolo Two-phase commit. Isso permite balanceamento de carga e maior tolerância a falhas em sistemas distribuídos. Além disso, os servidores proxy podem armazenar respostas em cache, reduzindo a carga nos nós de back-end e melhorando o desempenho geral do sistema.
Links Relacionados
- Transações distribuídas: protocolo de confirmação de duas fases
- Um guia para o protocolo de compromisso de duas fases
- Protocolos de consenso: compromisso de duas fases vs. Paxos
- Compreendendo o algoritmo de consenso da jangada
- Paxos simplificados
Concluindo, o commit em duas fases é um algoritmo distribuído crucial para manter a consistência transacional em vários nós. Apesar de sua natureza de bloqueio e vulnerabilidade do coordenador, ele continua amplamente utilizado em diversas aplicações. À medida que a tecnologia evolui, os investigadores continuam a explorar alternativas e otimizações, e os servidores proxy podem aumentar a sua eficácia em sistemas distribuídos. Compreender as nuances do protocolo Two-phase commit é essencial para construir aplicações distribuídas robustas e confiáveis.
