带你用Python实现Saga 分布式事务的方法

首先我们先来介绍什么是Saga分布式事务。

Saga分布式事务简介

Saga是目前一种常用的分布式事务解决方案，它弥补了传统两阶段提交协议2PC存在的一些问题，比如性能瓶颈、可扩展性差等问题。

Saga解决方案的核心思想就是将一个大的分布式事务进一步拆分成多个子事务，并将这些子事务串联成一条事务流程，即Saga流程，以完成整个分布式事务。每个子事务完成时都会记录它所执行的操作，并保存有关它下一步该执行哪个子事务的信息。如果在某个子事务执行过程中发生了故障，Saga会根据之前保存的信息撤销已经执行过的操作，保证整个事务流程的一致性。

接下来，我们通过实例来讲述如何使用Python实现Saga分布式事务。

实现方法

正如上面所提到的，Saga将大事务拆分成多个小事务，我们就需要在这个过程中对每个子事务的状态进行跟踪和管理。那么，如何实现对每个子事务状态的管理呢？

在Python中，可以使用协程coroutine来实现Saga分布式事务的管理。

在下面的示例代码中，我们建立一个Coroutine Manager来管理协程，它完整实现了Saga的整个流程。它具体实现了以下三个接口：

1. BeginTransaction：开始一个新的Saga流程
2. AddStep：为新的Saga流程添加一个子事务
3. EndTransaction：结束一个Saga流程并清除协程

下面的代码是实现过程的Python示例：

import asyncio
from enum import Enum

class SagaStatus(Enum):
    PENDING = 0
    SUCCESS = 1
    FAILED = 2

class SagaStep:
    """
    定义一个子事务的状态类，包括当前状态和回滚状态
    """
    def __init__(self, action, action_args, rollback, rollback_args):
        self.action = action
        self.action_args = action_args
        self.rollback = rollback
        self.rollback_args = rollback_args
        self.status = SagaStatus.PENDING

    async def exec(self):
        """
        执行一个子事务
        """
        try:
            await self.action(*self.action_args)
            self.status = SagaStatus.SUCCESS
        except Exception as e:
            print(e)
            await self.rollback(*self.rollback_args)
            self.status = SagaStatus.FAILED

class SagaManager:
    """
    定义协程管理器类，用于管理一个Saga流程的多个协程
    """
    def __init__(self):
        self.steps = []

    async def begin(self):
        """
        开始一个Saga流程
        """
        self.steps = []

    async def add_step(self, action, action_args, rollback, rollback_args):
        """
        添加一个子事务
        """
        step = SagaStep(action, action_args, rollback, rollback_args)
        self.steps.append(step)

    async def end(self):
        """
        结束当前的Saga流程
        """
        for step in reversed(self.steps):
            if step.status == SagaStatus.SUCCESS:
                continue
            await step.rollback(*step.rollback_args)

class PaymentService:
    """
    PaymentService用于模拟支付过程
    """
    def __init__(self):
        self.balance = 100

    async def transfer(self, amount):
        await asyncio.sleep(1)
        if self.balance - amount < 0:
            raise Exception("balance not enough")
        self.balance -= amount

    async def rollback_transfer(self, amount):
        self.balance += amount

async def saga_service():
    """
    异步流程控制器，用于控制Saga的生命周期
    """
    payment_service = PaymentService()
    manager = SagaManager()

    await manager.begin()

    try:
        # 第一个事务：扣款
        await manager.add_step(
            payment_service.transfer,
            [10],
            payment_service.rollback_transfer,
            [10])

        # 第二个事务：转账
        await manager.add_step(
            payment_service.transfer,
            [5],
            payment_service.rollback_transfer,
            [5])

        # 第三个事务：成功返回
        await manager.add_step(
            lambda: None,
            [],
            lambda: None,
            [])

        # 结束Saga流程
        await manager.end()

        print("transaction success, balance:{}".format(payment_service.balance))
    except:
        print("transaction failed, balance:{}".format(payment_service.balance))

asyncio.run(saga_service())

上面的示例代码中，我们使用asyncio模块来实现协程coroutine，通过协程来管理Saga的状态，并使用PaymentService来模拟一个支付过程。

在代码中，我们实现了一个SagaManager类，它包含三个接口：begin、add_step和end。在begin中，我们要初始化协程状态为初始状态；在add_step中，我们将每个子事务都转换成一个SagaStep实例，并保存在steps列表中；在end中，我们通过状态判断，将未执行成功的子事务进行回滚。

SagaStep类用来存储每个子事务的状态，类似于一个状态机。当我们调用事务时，使用try-except包裹错误，保证事务的额执行状态。我们使用enum定义了状态的三种类型，便于我们进行管理，并实现了exec来执行子事务的调用，实现SAGA事务的控制流程。

通过使用这个方案，我们可以得到更为灵活，可扩展的分布式事务解决方案，而且效率也得到了很大提升。

示例说明

在上述的代码示例中，我们使用了PaymentService中的模拟支付程序，来模拟一个经典但常见的分布式数据库情景下的Saga事务案例。依次执行三个事务：

1. 扣款
2. 转账
3. 成功返回

上述示例中，仅供参考，实际环境下可能更复杂，但我们可以确认，使用这个方案我们可以处理大多数分布式设施，避免两段提交协议中存在的问题。

同时，Saga的优势在于灵活，完全可以根据不同的场景、不同的需求来进行不同的扩展和定制，也可以集成更多的第三方插件，如报告生成等。因此，相对于等待两段提交锁定的阻塞式模式，SAGA是一种更为灵活、稳定和效率更高的解决方案。