Uwe Weber
Informix 和 DB2 UDB 的 IT 专家, IBM Germany
2005 年 6 月 30 日
如果您正在使用 Java? 开发数据库应用程序，并在寻找用于实现跨数据库的分布式事务解决方案，那么您应该评估一下 Java Transaction API（JTA）。本文将向您介绍分布式事务，以及如何在 Java 中使用 JTA 处理它们 —— 具体来说是在使用 DB2? UDB 或 Informix? Dynamic Server 的时候。
简介
在现代企业环境中，用多个数据库和多种品牌的数据库来存储公司数据已经不足为奇。最终，这些数据将会在不同数据库外进行比较、合并。
如果您有一个异构的数据库环境，并且计划将不同数据库中的数据收集到一个单独的应用程序中，那么您就应该可以使用传统技术执行该任务。在使用 Java 时，您将通过 JDBC 处理所有的数据库操作。清单 1 展示了在 Java 应用程序中如何连接 DB2 UDB 和 IDS 的代码片断。
清单 1. 使用 JDBC 建立到不同数据库的连接
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1 try { // load JDBC drivers
2 Class.forName (JDBC_DRIVER_DB2);
3 Class.forName (JDBC_DRIVER_IDS);
4 }
5 catch (Exception e) {
6 // error handling
7 }
8
9 try { // establish connection and proceed with operation
10 con_db2 = DriverManager.getConnection (DBURL_DB2);
11 con_ids = Drivermanager.getConnection (DBURL_IDS);
12
13 Statement stmt_db2 = con_db2.createStatement ();
14 Statement stmt_ids = con_ids.createStatement ();
15
16 ResultSet rs_db2 = stmt_db2.executeQuery (SQL);
17 ResultSet rs_ids = stmt_ids.executeQuery (SQL);
18
19 // do something very important with the result sets...
20 }
21 catch (SQLException e) {
22 // error handling
23 }
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两阶段提交协议简介
清单 1 中的演示允许您修改不同数据库中的数据。代替执行查询，它可以使用 JDBC 方法 executeUpdate() 执行数据修改。
但是如果您需要在单个事务中封装到 DB2 和 IDS 表的新一行的 insert，要做什么呢？
意思就是说，如果其中一条 insert 语句失败了，就应该将数据库（这里：两种数据库！）的初始状态恢复为客户机未执行任何动作的状态。该行为可以通过使用两阶段提交（Two-Phase-Commit）协议完成。这一标准化协议描述了如何实现分布式事务（XA）或分布式工作单元（Distributed Unit of Work，DUOW）的技术，以达到跨数据库系统的一致状态（根据 ACID）。
常规事务（单阶段提交）中，由 COMMIT 或 ROLLBACK 所执行的事务终止是一种决定性的操作，与之相反，两阶段提交（Two-Phase-Commit）事务是分为两步（阶段）进行的。
首先，两阶段提交（Two-Phase-Commit）事务的启动与常规的单阶段提交（One-Phase-Commit）事务类似。接着，应用程序/客户机对该两阶段提交（Two-Phase-Commit）操作中所涉及的所有数据库执行其修改工作。现在，在最终提交该事务之前，客户机通知参与的数据库准备提交（第 1 阶段）。如果客户机从数据库收到一条“okay”，就发出命令向数据库提交该事务（第 2 阶段）。最后分布式事务（Distributed Transaction）结束。
两阶段提交（Two-Phase-Commit）中的第 1 阶段十分重要。通过首先询问数据库是否可以进行提交，一旦某一参与的数据库报告错误，就有机会立即中止整个事务。因而，第 2 阶段将由 ROLLBACK，而非 COMMIT 完成。
图 1 提供了对于两阶段提交（Two-Phase-Commit）协议如何工作的图形化印象。正如所演示的，分布式事务（Distributed Transaction）使用由元组表示的描述符（例如：[x,b1]）。其意思是，一个分布式事务（Distributed Transaction）包含两个元素。首先，有一个惟一全局事务 ID（global transaction id） —— 代表分布式事务（Distributed Transaction）的简单标识符 - 由 x 表示，第二个是分支 ID（branch id），它描述整个事务的一部分。一般，分支指的是一个数据库连接。如果您有一个将处理两个参与数据库的分布式事务（Distributed Transaction），您就可以用诸如 [100,1] 的描述符表示一个数据库，用诸如 [100,2] 的描述符表示另一数据库。因此本例中，就有一个编号为 100 的全局事务，其中包含两个 ID 分别为 1 和 2 的分支。
“但是”，您或许会问，“如果在两阶段提交（Two-Phase-Commit）协议的第 2 阶段中出现错误，又将发生什么事情呢？”
“的确，您将陷入麻烦中！”
实际上，稍后我们将会讨论该主题。
图 1. 两阶段提交中的时间线和应用程序流
请看 清单 2。在第 16-19 行代码中，您可能错觉地认为第 17 和 18 行的语句都是属于由 con_db2.setAutoCommit(false)（第 16 行）所定义的事务边界的一部分。而事实却是该行代码启动了一个显式事务，用于连接到由 con_db2.commit()（第 19 行）所提交的 DB2 数据库。第 18 行中所做的修改不受该事务的影响。本例没有使用两阶段提交（Two-Phase-Commit）协议，因此，它不是一个分布式事务（Distributed Transaction）。无论是到 DB2 数据库的连接，还是到 Informix Dynamic Server（IDS）的连接，它们都没有意识到彼此的存在。
清单 2. 非“两阶段提交”的应用程序
1 try {
2 Class.forName (JDBC_DRIVER_DB2);
3 Class.forName (JDBC_DRIVER_IDS);
4 }
5 catch (Exception e) {
6 // error handling
7 }
8
9 try {
10 con_db2 = DriverManager.getConnection (DBURL_DB2);
11 con_ids = Drivermanager.getConnection (DBURL_IDS);
12
13 Statement stmt_db2 = con_db2.createStatement ();
14 Statement stmt_ids = con_ids.createStatement ();
15
16 con_db2.setAutoCommit (false);
17 stmt_db2.executeUpdate (SQL);
18 stmt_ids.executeUpdate (SQL);
19 con_db2.commit ();
20
21 // further processing
22 }
23 catch (SQLException e) {
24 // error handling
25 }
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JTA 和事务管理器（TM）
Java Transaction API 允许您操作应用程序中的分布式事务（Distributed Transaction）。JTA 中有一组方法，它将传统的 JDBC 调用封装到了两阶段提交（Two-Phase-Commit）协议中。
在异构环境中，您通常会发现一个事务管理器（Transaction Manager），负责处理分布式事务。（实际上，事务管理器可以完成大量的工作负载平衡。）因此，不仅存在到数据库的直接连接，还有到事务管理器（Transaction Manager）的连接。这就是 JTA 发挥作用的地方：JTA 是 Java 应用程序和事务管理器（Transaction Manager）之间的接口。图 2 演示了一个包含分布式事务的典型环境。
由于存在事务管理器（Transaction Manager），它通常包含在应用程序服务器（Application Server）中，就不再有两层（Two-Tier）架构。传统的客户/服务器（Client/Server）架构已经由三层（Tree-Tier）架构所取代，三层架构包含应用程序/客户机、事务管理器（Transaction Manager）/应用程序服务器（Application Server）和数据库服务器，而数据库服务器一般称作 XA Resource。
图 2. 三层架构
- 包含 SQL 和 JTA 调用的 Java 应用程序。
- 管理分布式事务的应用程序服务器（Application Server）。
- 参与分布式事务的数据库。
- Java 应用程序向应用程序服务器（Application Server）提交常规 SQL 语句和通用的 XA 调用。
- 应用程序所发送的消息由应用程序服务器（Application Server）进行处理，并使用 SQL 和数据库供应商特定的 XA 调用发送给数据库。
通常，应用程序服务器（Application Server）提供了应用程序可以使用的多种服务。在谈到分布式事务时，该服务就称作 XA Resource。当然，在应用程序可以使用 XA Resource 之前，首先要在应用程序服务器中注册和配置 XA Resource。
现在，如果您计划在应用程序中使用 JTA，就必须修改代码，以便还可以与应用程序服务器（Application Server）进行通信。这包括一些附加的方法调用和指定的错误/异常处理。请参阅 清单 3，以了解如何工作。
用 JTA 进行两阶段提交的必要条件
首先，在编写 JTA 应用程序时，您需要合适的 JDK。好消息就是在使用当前的 JDK 时，不需要任何附加包。（JTA 包也可以在 Sun Developer Network 上找到。）大多数的 JTA 相关类都在 javax.transaction 和 javax.transaction.xa 中。
您需要用于 DB2 UDB 和 Informix Dynamic Server 的 JDBC 驱动程序。您将需要 Type 4 JDBC 用于 Informix Dynamic Server。DB2 要求您来选择需要哪个 JDBC 驱动程序。有 Type 2、3 和 4 JDBC。在用 JTA 进行编程时，您必须使用 Type 2 或 4 JDBC 驱动程序。为了方便，本文中所演示的所有例子都使用 Type 4 JDBC 驱动程序用于 DB2。（关于各驱动程序之间差别的解释，请查阅手册。）
以上描述说明了应用程序服务器（Application Server）或事务管理器（Transaction Manager）的存在。在下面的例子中，您不会看到“外部”应用程序服务器（Application Server），因为已经使用 DB2XADataSource 和 IfxXADataSource 类直接将之构建到您的应用程序中了。如果您使用一个真正的应用程序服务器（Application Server），那么该应用程序服务器将使用这些类来连接到数据库的本地 XA 调用。
下面的例子（清单 3）演示了一个小型应用程序，该应用程序使用 JTA 实现两阶段提交（Two-Phase-Commit）协议。该例子并不完整，是为了让代码更加易读。请参阅 下载 部分，以获得完整代码。
清单 3. 两阶段提交的应用程序
19 import java.io.BufferedReader;
20 import java.io.FileInputStream;
21 import java.io.IOException;
22 import java.io.InputStreamReader;
23
24 import java.sql.Connection;
25 import java.sql.SQLException;
26 import java.sql.Statement;
27
28 import java.util.Properties;
29
30 import javax.sql.XAConnection;
31 import javax.transaction.xa.XAException;
32 import javax.transaction.xa.XAResource;
33 import javax.transaction.xa.Xid;
34
35 import com.ibm.db2.jcc.DB2XADataSource;
36 import com.ibm.db2.jcc.DB2Xid;
37
38 import com.informix.jdbcx.IfxXADataSource;
39 import com.informix.jdbcx.IfxXid;
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在第 19-39 行中，您看到了该应用程序中所使用的所有类。大多数类是您所知道的。第 30-33 行中导入的类是使用 JTA 所必要的。同样有意思的是第 35、36 和 38、39 行中的数据库供应商的特定类。xyzXADataSource 类包含了用于启用两阶段提交协议的本地 XA 代码。
44 class DBX {
45
46 private Properties props;
47 private String propertyfile = "jtadb2ifmx.properties";
48
56 DBX () {
57
58 Connection db2con = null;
59 Connection ifxcon = null;
60 DB2XADataSource db2ds = null;
61 IfxXADataSource ifxds = null;
62 Xid db2xid = null;
63 Xid ifxxid = null;
64 XAConnection db2xacon = null;
65 XAConnection ifxxacon = null;
66 XAResource db2xares = null;
67 XAResource ifxxares = null;
68
69
70 // read the properties
71 props = new Properties ();
72
73 try {
74 props.load (new FileInputStream (propertyfile));
75 }
76 catch (IOException io) {
77 System.err.println ("Error while accessing the properties file (" +
78 propertyfile + "). Abort.");
79 System.exit (1);
80 }
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DBX 类仅仅包含一个私有成员，用于负责属性文件。在该文件中，有一些数据库特定的设置，例如到引擎的端口或登录信息。
该类的构造函数实例化了 SQL 和 XA 相关类：
- Connection： 表示到数据库的传统 SQL（JDBC）连接。
- DB2XADataSource 和 IfxXADataSource： 这些类包含到数据库的本地 XA 调用。使用这些类来启用两阶段提交协议（Two-Phase-Commit-Protocol）。如果有一个应用程序服务器（Application Server），就不需要在程序中处理这些类，因为应用程序服务器（Application Server）封装乐应用程序的这部分。
- Xid： 指一个 XA 事务。本例中，使用了两个不同的数据库，所以需要两个不同的 Xid —— 每个数据库连接（分支）一个。
- XAConnection： JTA 中的一部分。该类允许您启动（提交、准备提交 ...）分布式事务（Distributed Transaction）。
- XAResource： 该资源指的是应用程序服务器（Application Server）所提供的一个服务。同样，本例中，我们不使用应用程序服务器（Application Server）。因此，必须在该应用程序中进行创建和初始化。
83 db2ds = initDB2XADataSource ();
84 ifxds = initIfxXADataSource ();
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这些代码行调用一个方法来设置 XADataSource（参见下面）。
360 IfxXADataSource initIfxXADataSource () {
361
362 System.out.print ("Create an IDS XA data source: ");
363 IfxXADataSource ds = new IfxXADataSource ();
364 ds.setDescription ("IDS XA data source");
365 ds.setServerName (props.getProperty ("ifx.connection.instancename"));
366 ds.setIfxIFXHOST (props.getProperty ("ifx.connection.host"));
367 ds.setPortNumber (Integer.parseInt
368 (props.getProperty ("ifx.connection.port")));
369 ds.setDatabaseName (props.getProperty ("ifx.connection.databasename"));
370
371 System.out.println ("Okay.");
372 return ds;
373 }
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为了方便，这里同时演示了用于 XADataSource 的 IDS 和 DB2 设置，因为它们十分相似。
在安装 IfxDataSource（第 363 行）之后，需要将多个设置指定到数据源对象。这些设置是从属性文件读取的。在设置传统的 JDBC 数据库连接时，所做的这些设置可以与数据库 URL 相比。请注意，没有将任何登录信息指定给数据源对象。登录信息仍然是数据库连接本身中的一部分。
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