two-phase commit

Двухфазный коммит (2PC — Two-Phase Commit) — это алгоритм, который обеспечивает согласованное выполнение распределенных транзакций, когда транзакция затрагивает несколько ресурсов или систем, находящихся на разных узлах или серверах.

Данный механизм является стандартом в системах, требующих надежных транзакций на нескольких узлах (например, распределенные базы данных, микросервисы, транзакционные хранилища данных).

---

📌 Зачем нужен двухфазный коммит?

Когда транзакция затрагивает несколько разных узлов или систем, возникает проблема:

• Как убедиться, что либо все участники транзакции подтвердили выполнение операций (commit), либо все вместе отказались от них (rollback)?
• Нужно гарантировать, что не возникнет ситуации, когда одна часть транзакции применена, а другая — нет.

Именно для решения этой проблемы и применяется двухфазный коммит.

---

📍 Как работает двухфазный коммит (2PC)?

Алгоритм состоит из двух последовательных фаз:

✅ Фаза 1: Подготовка (Prepare Phase)

Координатор транзакции (Transaction Coordinator) отправляет всем участникам транзакции (Transaction Participants) запрос на подготовку к транзакции:

• Каждый участник проверяет, может ли он успешно завершить транзакцию (проверяет ресурсы, блокировки и т.д.).
• Если участник готов завершить транзакцию, он отвечает координатору «готов» (VOTE_COMMIT).
• Если хотя бы один участник не готов, он отвечает координатору «не готов» (VOTE_ABORT).

На этом этапе никаких изменений еще не фиксируется окончательно, но каждый участник должен убедиться, что он готов к финальному коммиту.

✅ Фаза 2: Коммит или откат (Commit/Rollback Phase)

После сбора ответов координатор решает:

• Если ВСЕ участники готовы: координатор отправляет команду COMMIT всем участникам.
  • Участники завершают транзакцию и фиксируют изменения.
• Если хотя бы один участник не готов: координатор отправляет команду ROLLBACK всем участникам.
  • Все участники откатывают изменения, транзакция считается неудачной.

---

🎯 Пример работы двухфазного коммита:

Координатор             Участник A            Участник B
    |                         |                      |
    |----- Prepare ---------->|                      |
    |                         |-- Prepare ---------->|
    |                         |                      |
    |<----- VOTE_COMMIT ------|                      |
    |                         |<---- VOTE_COMMIT ----|
    |                         |                      |
 (оба согласны, продолжаем)   |                      |
    |----- Commit ----------->|                      |
    |                         |----- Commit -------->|
    |                         |                      |
    |<----- ACK (готово) -----|                      |
    |                         |<---- ACK (готово) ---|
(Транзакция успешна!)

Если хотя бы один участник отвечает VOTE_ABORT, транзакция прерывается:

Координатор             Участник A            Участник B
    |                         |                      |
    |----- Prepare ---------->|                      |
    |                         |-- Prepare ---------->|
    |                         |                      |
    |<----- VOTE_ABORT -------|                      |
(Участник A не готов, откатываем изменения!)
    |----- Rollback --------->|                      |
    |                         |----- Rollback ------>|
    |                         |                      |
    |<----- ACK (готово) -----|                      |
    |                         |<---- ACK (готово) ---|
(Транзакция отменена!)

---

📌 Плюсы и минусы двухфазного коммита

✅ Преимущества (плюсы):

• Гарантия согласованности (Consistency) транзакций на нескольких узлах.
• Простота реализации и понимания.

⚠️ Недостатки (минусы):

• Возможны ситуации блокировок (участники ждут команды commit/rollback).
• Проблемы в случае отказа координатора (необходима логика восстановления).
• Снижает общую производительность (ожидание всех участников).

---

🚩 Когда используют двухфазный коммит?

• В распределенных реляционных базах данных.
• В микросервисах, которые затрагивают несколько независимых баз данных.
• В распределенных транзакционных хранилищах данных.

Примеры систем и сценариев, где используется 2PC:

• **Apache Kafka
• **Распределённые СУБД
• Системы обработки транзакций в банковской и финансовой сфере.

---

📊 Краткий итог механизма двухфазного коммита:

Фаза	Что происходит	Результат
Фаза 1	Подготовка: проверка готовности всех участников	Либо все «готовы», либо отказ
Фаза 2	Финальный коммит или откат всех участников	Все коммитятся или все откатывают

---

🚀 Вывод (кратко):

Двухфазный коммит — надёжный и простой алгоритм для реализации согласованных транзакций между несколькими участниками. Однако его использование требует внимания к производительности и отказоустойчивости, так как он может приводить к блокировкам и узким местам.