用合約簽署來理解 Two-Phase Commit
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合約簽署與 Two-Phase Commit
在分散式系統中，如何確保所有節點在執行 Transaction 時達成一致呢？Two-Phase Commit (2PC) 協議就是為了解決這個問題而設計的。讓我們用合約簽署的過程來解釋這個協議。
想像一個情境：你和幾位朋友決定一起投資一個專案。為了確保每個人都同意投資條件，你們決定簽署一份合約，而這個過程就像是 Two-Phase Commit（2PC） 協議的運作方式。
角色介紹：Coordinator 與 Participants
在 Two-Phase Commit 協議中，有兩個主要角色：Coordinator 和 Participants。讓我們看看在合約簽署的譬喻中，這些角色分別對應到哪些角色，以及他們的職責是什麼。
Coordinator
在合約簽署的過程中，Coordinator 就像是這次投資的發起人或組織者。他的職責是起草合約，並將合約草案分發給所有參與者（Participants）。在準備階段，Coordinator 需要收集所有參與者的回覆，確認他們是否同意合約條款。在提交階段，Coordinator 會根據所有參與者的回覆，決定是否正式簽署合約。
職責：
- 分發合約草案給所有參與者。
- 收集並確認所有參與者的回覆。
- 決定是否進入提交階段。
Participants
Participants 就像是這次投資的每一位朋友。他們的職責是仔細閱讀合約草案，並在準備階段回覆 Coordinator，表示是否同意合約條款。在提交階段，若所有人都同意，他們需要正式簽署合約。
職責：
- 閱讀並確認合約草案。
- 在準備階段回覆 Coordinator。
- 在提交階段正式簽署合約（若所有人同意）。
這樣的角色分工確保了在 Two-Phase Commit 協議中，所有節點都能夠協同工作，達成一致性。
Two-Phase Commit Process
第一階段：準備階段
在合約簽署的第一階段，稱為「準備階段」，每個人都會收到合約草案。這時候，大家需要仔細閱讀合約內容，確認是否同意所有條款。就像在這個階段，協調者會發送一個「可以簽署嗎？」的請求給所有參與者（發送 canCommit 請求）。每位參與者在收到這個請求後，會準備好所有需要的資料，然後回覆他們的決定（同意或不同意）給協調者。這就像是 2PC 中的「準備」階段，系統中的每個節點都會收到 Transaction 請求，並檢查是否能夠執行。
確認合約內容，並決定要不要簽署，這就是準備階段！
第二階段：提交階段
如果所有人都同意合約內容，接下來就是「提交階段」。在這個階段，大家會正式簽署合約，表示同意並願意履行合約中的條款。這就像是 2PC 中的「提交」階段，所有節點都會正式執行 Transaction，確保系統達成一致。
在這個階段，協調者會收集所有朋友的回覆。如果每個人都表示同意（投 Yes），協調者就會通知大家可以正式簽署合約（發送 doCommit 請求）。但如果有任何人不同意，協調者就會決定放棄這次投資，並告知所有已經同意的人取消這次簽署（發送放棄 doAbort 請求）。
那些同意簽署的朋友會等待協調者的最終指示：是繼續簽署還是放棄。當他們收到可以簽署的通知後，他們會正式簽署合約，並告知協調者已經完成簽署（回覆 haveCommitted），以確保每個人的資訊是一致的。
簽署合約，這就是提交階段！
流程圖
完成 Transaction 流程圖
放棄 Transaction 流程圖
網路分區的處理
如果在 Two-Phase Commit 的過程中發生網路分區，系統可能會進入一種不確定的狀態，因為某些節點可能無法收到其他節點的確認信息。在這種情況下，系統通常會選擇中止 Transaction，以確保資料的一致性。
對應到簽署合約的譬喻，這就像是某位朋友在簽署合約的過程中突然失聯。為了確保所有人都同意合約內容，大家可能會選擇暫停簽署，等待失聯的朋友重新聯繫，或者決定不再進行這次投資而取消合約的簽署。
解決 CAP 問題
Two-Phase Commit 協議在某種程度上解決了 CAP 定理中的一致性問題。透過兩階段的確認和提交，系統可以確保所有節點在 Transaction 執行時達成一致。然而，這也可能導致系統的可用性受到影響，因為在等待所有節點確認的過程中，系統可能會暫時無法處理其他請求。
在 CAP 定理中，Two-Phase Commit 協議主要解決了「一致性」的問題。它確保了在 Transaction 過程中，所有節點都能達成一致，避免了資料不一致的情況。然而，這樣的設計可能會犧牲「可用性」，因為在等待所有節點確認的過程中，系統可能會暫時無法處理其他請求。
結語：在合約中學習分散式系統
Two-Phase Commit 協議讓我們了解到，在分散式系統中，為了達成一致性，我們需要經過多階段的確認和提交。這就像簽署合約一樣，需要每個參與者的同意和承諾。透過這樣的協議，我們可以在一定程度上解決 CAP 定理中的一致性問題，但也必須在可用性上做出取捨。當網路分區發生時，系統需要做出明智的選擇，以確保整體的一致性和穩定性。