在分散式系統，2-phase 與 3-phase commit 是用來處理多個節點的 transaction 的演算法，3PC 是解決 2PC 的缺點而設計的。
ACID
資料庫管理系統 DBMS 在寫入/更新資料時，會確保單一交易 transaction 的正確性，規定一個交易必須滿足 Atomicity, Consistency, Isolation, Durability 四個特性。
Atomicity 原子性
一個 transaction 裡面所有的資料操作，必須全部一起完成，或是全部一起失敗，在執行過程中如果發生任何問題，都必須 rollback 回到 transaction 一開始的狀態
Consistency 一致性
在 transaction 開始前，以及結束以後，資料庫要保持完整性，兩個狀態都是資料庫的某一個合法的狀態
Isolation 隔離原則
在多個 transaction 同時發生時，每一個 transaction 都必須各自獨立，即使對同一個資料進行異動，必須保證這幾個 transaction 之間不會互相影響，交查執行，而破壞了資料的一致性。
隔離有不同的等級：read uncommitted, read committed, repeatable read, serializable
Durability 持久性
當 transaction 結束後，對資料的修改必須是永久的，即使系統發生故障異常，也不會遺失資料
2-Phase Commit
在單一資料庫時，要維持 DBMS 的 ACID 原則比較簡單，但是如果商業邏輯牽涉了多個 DBMS，例如在購物時，必須同時異動倉儲管理及出貨管理兩個系統，這兩個系統的資料庫各自獨立。為了維持 ACID 原則，兩個 DBMS 必須同時異動，或是同時失敗，倉儲管理系統減少的商品數量 = 出貨管理增加的商品數量，2-Phase Commit 就是用來在分散式系統中達到 Data Stong Consistency 的方法。
角色
Coordinator
負責發起及維護 2PC 的流程，可能是 client 或 middleware，該角色不會異動到其他節點上
Participant
參與交易的 DBMS 或 Storage
假設
所有節點不會產生永久性破壞，異常後仍能恢復運作
交易的異動動作先放在預寫式日誌上，日誌會儲存在可靠的儲存設備上，即使節點被破壞，也不會遺失日誌資料
系統存在一個節點作為 coordinator，其他節點為 participants，不限制系統之間的通訊方法
方法
分為兩個 phase
Phase1 請求階段
coodinator 向 participants 發送 "Prepare" 詢問是否可參與交易
participants 執行詢問開始為止的所有 transactions，將 Undo, Redo 寫入日誌
participants 響應 "Prepare" 詢問，先複製一份預計被更新的資料，並回復兩種訊息
"Ready"：可成功參與交易
"Abort"：失敗
Phase2 執行階段
Ready
當所有 participants 都回覆 Ready 時
coordinator 向所有 participants 發送 "Commit"
participants 完成交易，釋放整個交易期間佔用的資源
participants 向 coordinator 發送 "Done"
coordinator 收到所有 participants 回送的 "Done" 完成交易
Abort
當有任一個 participant 回覆 "Abort" 時，或是 coordinator 詢問 Timeout 無法取得回覆時
coordinator 向所有 participants 發送 "Rollback"
participants 利用先前的 "Undo" 執行 rollback，釋放整個交易期間佔用的資源
participants 向 coordinator 發送 "Rollback Done"
cooridator 收到所有 participants 回送的 "Rollback Done"，取消交易
優缺點
優點：簡單，容易實作
缺點：
只有一個 coordinator，如果 coordinator 失效，則因為 participants 的同步呼叫操作，無法收到回覆而被 blocked，必須根據這種狀況另外實作 rollback 或是 abort 給 participants。
3-Phase Commit
為了解決 2PC 的問題，可使用 3PC
3PC 是一種 nonblocking 的協議。3PC 在 2PC 的第一階段與第二階段之間插入了一個準備階段，可解決在原先在 2PC 中，participant 在投票之後，由於 coordinator 發生崩潰或錯誤，而導致 participant 處於無法知曉是否提交或者中止的「不確定狀態」所產生的可能相當長的延時的問題。
3PC 將 Participants 改為 Cohorts
Phase1 CanCommit
跟 2PC 的 phase 1 一樣，coordinator 發送 "canCommit" 給所有 Cohorts。
Cohorts 收到 canCommit，如果可以執行 transaction，資料沒有被鎖定，就回覆 "Yes"，否則就回覆 "No"
Phase2 PreCommit
coordinator 根據 cohorts 的回覆，決定是否繼續
A. 所有 Cohorts 都回覆 "Yes"
傳送預提交請求，coordinator 會傳送 "PreCommit" 給 Cohorts，進入 Prepared 階段
transaction 預提交，cohorts 接收到 PreCommit，執行 transaction，並將 Undo 與 Redo 資訊記錄到事務日誌中
B. 有任一個 Cohort 回覆 "No"，或等待超時，沒有收到回覆
中斷交易，傳送中斷請求 "Abort" 給所有 cohorts
cohort 收到 "Abort" 時，或是 Timeout，就執行中斷交易
Phase3 DoCommit
進行真正的交易內容，分兩種情況
A. 執行提交
傳送提交請求
coordinator 收到 cohort 的 "Ack"，就會將預提交狀態改為提交狀態，並向所有 cohorts 傳送 "doCommit"
提交交易
cohort 收到 "doCommit" 後，執行交易提交，並在交易完成後，釋放所有交易資源
響應回饋
提交交易後，繪像 coodinator 發送 "Ack"
完成交易
coordinator 收到所有 cohorts 的 Ack 後，完成交易
B. 中斷交易 transaction
coordinator 沒有收到 Ack (可能收到的不是 ack 或是 timeout)，就會中斷交易
差異
在 2PC 只有 coordinator 有 timeout 機制，在 3PC，coordinator 與 cohort 都有 timeout 機制
PreCommit 是一個緩衝機制，確保最後提交階段前，各參與節點的狀態是一致的
缺點
進入 PreCommit 後，coordinator 發出 Abort，假設只有一個 cohort 收到並執行 abort，其他對於系統狀態未知的 cohort 會根據 3PC 選擇繼續 Commit，系統會進入狀態不一致的情況
Refereneces
Day 11 - 共識演算法 - 2 Phase Commitment (2PC) - iT 邦幫忙::一起幫忙解決難題，拯救 IT 人的一天
Day 12 - 共識演算法 - 3 Phase Commitment (3PC) - iT 邦幫忙::一起幫忙解決難題，拯救 IT 人的一天
