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序言

筆者在《軟件設(shè)計(jì)的演變過程》一文中，將通信系統(tǒng)軟件的DDD分層模型最終演進(jìn)為五層模型，即調(diào)度層(Schedule)、事務(wù)層(Transaction DSL)、環(huán)境層(Context)、領(lǐng)域?qū)?Domain)和基礎(chǔ)設(shè)施層(Infrastructure)，我們簡單回顧一下：

ddd-layer-with-dci-dsl.png

調(diào)度層：維護(hù)UE的狀態(tài)模型，只包括業(yè)務(wù)的本質(zhì)狀態(tài)，將接收到的消息派發(fā)給事務(wù)層。
事務(wù)層：對應(yīng)一個(gè)業(yè)務(wù)流程，比如UE Attach，將各個(gè)同步消息或異步消息的處理組合成一個(gè)事務(wù)，當(dāng)事務(wù)失敗時(shí)，進(jìn)行回滾。當(dāng)事務(wù)層收到調(diào)度層的消息后，委托環(huán)境層的Action進(jìn)行處理。
環(huán)境層：以Action為單位，處理一條同步消息或異步消息，將Domain層的領(lǐng)域?qū)ο骳ast成合適的role，讓role交互起來完成業(yè)務(wù)邏輯。
領(lǐng)域?qū)樱翰粌H包括領(lǐng)域?qū)ο蠹捌渲g關(guān)系的建模，還包括對象的角色role的顯式建模。
基礎(chǔ)實(shí)施層：為其他層提供通用的技術(shù)能力，比如事務(wù)模型的框架、消息通信機(jī)制、對象持久化機(jī)制和通用的算法等

本文將聚焦于事務(wù)層，主要討論事務(wù)模型，代碼抽象層次和業(yè)務(wù)流程圖一一對應(yīng)。

同步模型

毫無疑問，異步模型是復(fù)雜的。但在管理域的組件中，對實(shí)時(shí)性和性能并沒有極致的要求，同時(shí)協(xié)程（比如，Goroutine）非常輕量級，所以使用同步模型是一種非常聰明且簡單的處理方式，如下圖所示：

synchronous-model.png

在一個(gè)同步模型里，一個(gè)系統(tǒng)一旦發(fā)出一個(gè)請求消息，并需要等待其應(yīng)答，則當(dāng)前協(xié)程就會(huì)進(jìn)入休眠態(tài)，直到應(yīng)答消息來臨或超時(shí)為止。協(xié)程可以看做是用戶態(tài)輕量級的線程，占用資源非常少，當(dāng)前系統(tǒng)同時(shí)可以有成百上千個(gè)協(xié)程運(yùn)行。

假定Action是一條同步消息的交互，那么業(yè)務(wù)的流程圖就對應(yīng)一個(gè)Action序列。

事務(wù)

事務(wù)（Transaction，簡寫為Trans)一詞來源于數(shù)據(jù)處理的概念，下面是Wikipedia 對事務(wù)的定義：

In computer science, transaction processing is information processing thatis divided into individual, indivisible operations, called transactions. Each transaction must succeed or fail as a complete unit; it cannot remain in an intermediate state.

一般情況下，一個(gè)單一場景的用戶流程圖就對應(yīng)一個(gè)事務(wù)，而事務(wù)則由一個(gè)Action序列組成。

transaction.png

從S1到S2的一次同步請求處理過程中，站在S1的視角是一個(gè)Action，而站在S2的視角卻是一個(gè)事務(wù)。

事務(wù)過程控制

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

TransInfo

TransInfo是事務(wù)模型中一個(gè)非常重要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，用于事務(wù)執(zhí)行過程中的數(shù)據(jù)傳遞，比如事務(wù)層注入到環(huán)境層的數(shù)據(jù)，Action之間串聯(lián)的數(shù)據(jù)。
TransInfo在基礎(chǔ)設(shè)施層的trans-dsl框架中定義，如下：

type TransInfo struct {
    // trans dsl framework params
    Times int
    RepeatIdx int

    // user app info
    AppInfo interface{}
}

S1Obj

當(dāng)前系統(tǒng)為S2，當(dāng)收到來自S1的同步請求時(shí)，S2啟動(dòng)一個(gè)協(xié)程處理該請求。當(dāng)該協(xié)程調(diào)用到調(diào)度層后，執(zhí)行相關(guān)事務(wù)。如果該事務(wù)執(zhí)行失敗，則進(jìn)行回滾。

一個(gè)簡化的事務(wù)接口調(diào)用代碼，如下：

func scheduleS1ReqTrans(req []byte) error {
    transInfo := &transdsl.TransInfo{AppInfo: &context.S2Info{}}
    s1ReqTrans := trans.NewS1ReqTrans()
    err = s1ReqTrans.Exec(transInfo)
    if err != nil {
        s1ReqTrans.RollBack(transInfo)
    }
    return err
}

Fragment

從語義層次上看，一個(gè)Fragment是一個(gè)流程片段。
從代碼層次上看，一個(gè)Fragment是一個(gè)interface。

Fragment在基礎(chǔ)設(shè)施層的trans-dsl框架中定義，如下：

type Fragment interface {
    Exec(transInfo *TransInfo) error
    RollBack(transInfo *TransInfo)
}

Action

Action是一條同步消息的交互。所有具體的Action在環(huán)境層中定義，是提供給事務(wù)層的原子操作，是一個(gè)粒度最小的流程片段，需要實(shí)現(xiàn)Fragment接口，具體實(shí)現(xiàn)和業(yè)務(wù)緊密相關(guān)。

Procedure

Procedure是多條關(guān)系緊密的同步消息的交互，在基礎(chǔ)設(shè)施層的trans-dsl框架中定義，是一個(gè)比Action更大的復(fù)用單元，也是一個(gè)流程片段，需要實(shí)現(xiàn)Fragment接口。
Procedure本身又是一個(gè)由Action或Procedre組成的序列，其中Action是葉子節(jié)點(diǎn)，Procedure是中間節(jié)點(diǎn)，所以Procedre是一棵多叉樹。

Procedure的定義如下：

type Procedure struct {
    Fragments  []Fragment
}

在事務(wù)層創(chuàng)建一個(gè)具體的Procedure的代碼如下：

func newProcedure1() transdsl.Fragment {
    procedure := &transdsl.Procedure {
        Fragments: []transdsl.Fragment {
            new(context.Action11),
            newProcedure2(),
            new(context.Action12),
        },
    }
    return procedure
}

func newProcedure2() transdsl.Fragment {
    procedure := &transdsl.Procedure {
        Fragments: []transdsl.Fragment {
            new(context.Action21),
            new(context.Action22),
        },
    }
    return procedure
}

Transaction

Transaction對應(yīng)一次業(yè)務(wù)處理，在基礎(chǔ)設(shè)施層的trans-dsl框架中定義，是該業(yè)務(wù)中最大的Procedure，當(dāng)然也是一個(gè)流程片段，需要實(shí)現(xiàn)Fragment接口。

Transaction的定義如下：

type Transaction struct {
    Fragments  []Fragment
    errIndex int
}

說明：errIndex用于事務(wù)回滾。

在事務(wù)層創(chuàng)建一個(gè)具體的Transaction的代碼如下：

func NewS1ReqTrans() *transdsl.Transaction {
    trans := &transdsl.Transaction {
        Fragments: []transdsl.Fragment {
            new(context.Action1),
            newProcedure1(),
            new(context.Action2),
        },
    }
    return trans
}

Repeat

從語義層次來看，Repeat用來修飾Action或Procedure，說明該Action或Procedure可以執(zhí)行多次，并且至少執(zhí)行一次，同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)新的Procedure。
從代碼層次上看，Repeat在基礎(chǔ)設(shè)施層的trans-dsl框架中定義，實(shí)現(xiàn)了接口Fragment。

Repeat的定義如下：

type Repeat struct {
    Fragments []Fragment
    FuncVar fun() Fragment
}

說明：Fragments用于事務(wù)回滾。

Repeat的執(zhí)行次數(shù)是動(dòng)態(tài)確定的，即由上一個(gè)Action寫入TransInfo。

有了Repeat后，我們可以在事務(wù)層定義一個(gè)事務(wù)如下：

func NewS1ReqTrans() *transdsl.Transaction {
    trans := &transdsl.Transaction {
        Fragments: []transdsl.Fragment {
            new(context.Action1),
            new(context.Action2),
            &transdsl.Repeat {
                FuncVar: newProcedure1,
            },
            new(context.Action3),
        },
    }
    return trans
}

Optional

Optional與Repeat類似^-。
從語義層次來看，Optional用來修飾Action或Procedure，說明該Action或Procedure最多執(zhí)行一次，并且可以不執(zhí)行。
從代碼層次來看，Optional在基礎(chǔ)設(shè)施層的trans-dsl框架中定義，實(shí)現(xiàn)了接口Fragment。

Optional的定義如下：

type Optional struct {
    Spec Specification
    Fragment Fragment
    isExec bool
}

說明：isExec用于事務(wù)回滾。

Optional的執(zhí)行次數(shù)由謂詞Specification確定，Specification是一個(gè)interface，它也在環(huán)境層定義，如下：

type Specification interface {
    Ok(transInfo *TransInfo) bool
}

謂詞的實(shí)例來自兩個(gè)方面的確認(rèn)：

系統(tǒng)的某個(gè)開關(guān)是否打開，即開關(guān)打開時(shí)，謂詞為真，執(zhí)行一次Action或Procedure，否則執(zhí)行零次。
系統(tǒng)的當(dāng)前狀態(tài)是否滿足某個(gè)條件，即條件滿足時(shí)，謂詞為真，執(zhí)行一次Action或Procedure，否則執(zhí)行零次。

有了Optional后，我們可以在事務(wù)層定義一個(gè)事務(wù)如下：

func NewS1ReqTrans() *transdsl.Transaction {
    trans := &transdsl.Transaction {
        Fragments: []transdsl.Fragment {
            new(context.Action1),
            &transdsl.Optional {
                Spec: new(context.ShouldExecAction2),
                Fragment: new(context.Action2),
            },
            &transdsl.Repeat {
                FuncVar: newProcedure1,
            },
            new(context.Action3),
        },
    }
    return trans
}

默認(rèn)

從語義層次來看，沒有Repeat或Optional修飾的Action或Procedure就是默認(rèn)的情況，說明Action或Procedure僅且執(zhí)行一次。

事務(wù)回滾

對于事務(wù)來說，執(zhí)行要么成功，要么失敗。當(dāng)事務(wù)執(zhí)行失敗時(shí)，必須觸發(fā)回滾，使得系統(tǒng)無資源泄露或殘留。
當(dāng)事務(wù)執(zhí)行失敗時(shí)，肯定是在某一個(gè)Fragment執(zhí)行時(shí)失敗，我們記作fragments[i]，事務(wù)回滾的過程為：

fragments[i]完成自己已分配的資源的回收和自己已寫入的數(shù)據(jù)的清理；
從fragments[i-1]到fragments[0]，依次調(diào)用它的RollBack方法。

Action

Action是事務(wù)的原子執(zhí)行者，從葉子節(jié)點(diǎn)來看，事務(wù)都是Action序列。
當(dāng)某個(gè)Action執(zhí)行失敗時(shí)，在Exec方法內(nèi)進(jìn)行該Action相關(guān)的資源回收或數(shù)據(jù)清理，不會(huì)調(diào)用該Action的RollBack函數(shù)。
Action的RollBack方法實(shí)現(xiàn)很簡單，僅進(jìn)行該Action相關(guān)的所有資源回收和數(shù)據(jù)清理。

舉個(gè)例子：

Action5在執(zhí)行失敗前，打開了文件file1，在表table1中寫了一條記錄，那么它在返回error前要?jiǎng)h除表table1中的記錄，并關(guān)閉文件file1，即逆序的進(jìn)行資源回收和數(shù)據(jù)清理。
至于Action1到Action4中打開了什么資源或?qū)懥耸裁磾?shù)據(jù)，Action5一點(diǎn)都不care。
Action5返回錯(cuò)誤后，事務(wù)回滾框架會(huì)自動(dòng)依次調(diào)用[Action4，Action3, Action2, Action1]的Rollback函數(shù)，從而完成事務(wù)的回滾。

Procedure

如果Procedure執(zhí)行失敗，則在Exec方法中進(jìn)行“錯(cuò)誤處理”：

func (this *Procedure) Exec(transInfo *TransInfo) error {
    index, err := forEachFragments(this.Fragments, transInfo)
    if err != nil {
        if index <= 0 {
            return err
        }
        backEachFragments(this.Fragments, transInfo, index)
    }
    return err
}

Exec方法在實(shí)現(xiàn)中使用了事務(wù)層的原語forEachFragments和backEachFragments：

對于forEachFragments原語，正向遍歷Fragments，依次調(diào)用它的Exec方法。
對于backEachFragments原語，從index － 1開始反向遍歷Fragments，依次調(diào)用它的RollBack方法。

如果Procedure執(zhí)行成功，回滾時(shí)直接調(diào)用RollBack方法即可：

func (this *Procedure) RollBack(transInfo *TransInfo) {
    backEachFragments(this.Fragments, transInfo, len(this.Fragments))
}

Repeat

如果Repeat執(zhí)行失敗，則進(jìn)行“錯(cuò)誤處理”：

func (this *Repeat) Exec(transInfo *TransInfo) error {
    this.Fragments = make([]Fragment, transInfo.Times)
    for i := 0; i < transInfo.Times; i++ {
        transInfo.RepeatIdx = i
        this.Fragments[i] = this.FuncVar()
        err := this.Fragments[i].Exec(transInfo)
        if err != nil {
            if IsErrorEqual(err, ErrContinue) {
                continue
            }
            if i == 0 {
                return err
            }
            i--
            for j := i; j >= 0; j-- {
                transInfo.RepeatIdx = j
                this.Fragments[j].RollBack(transInfo)
            }
            return err
        }
    }
    return nil
}

這里的transInfo.RepeatIdx需要解釋一下：

在this.Fragments[i].Exec之前賦值為i，是為了Repeat在執(zhí)行Action或Procedure時(shí)，找到對應(yīng)的領(lǐng)域?qū)ο蟆?/li>
this.Fragments[j].RollBack之前賦值為j，是為了Repeat在“錯(cuò)誤處理”時(shí)，即回滾已經(jīng)完成的Action或Procedure時(shí)，找到對應(yīng)的領(lǐng)域?qū)ο?。舉個(gè)例子，比如Repeat的最大次數(shù)是5，當(dāng)進(jìn)行到第4次時(shí)發(fā)生了錯(cuò)誤，這時(shí)需要回滾前3次的Action或Procedure。

如果repeat執(zhí)行成功，回滾時(shí)直接調(diào)用RollBack方法即可：

func (this *Repeat) RollBack(transInfo *TransInfo) {
    for i := transInfo.Times; i >= 0; i-- {
        transInfo.RepeatIdx = i
        this.Fragments[i].RollBack(transInfo)
    }
}

Optional

optional就比較簡單了，如果執(zhí)行過程中發(fā)生了錯(cuò)誤，則啥也不用干，因?yàn)锳ction或Procedure已完成了錯(cuò)誤處理，如下所示：

func (this *Optional) Exec(transInfo *TransInfo) error {
    if this.Spec.Ok(s1Obj, transInfo) {
        this.isExec = true
        return this.Fragment.Exec(s1Obj, transInfo)
    }
    return nil
}

如果optional執(zhí)行成功，回滾時(shí)需要根據(jù)是否執(zhí)行過Action或Procedure來進(jìn)行Action或Procedure的回滾，如下所示：

func (this *Optional) RollBack(transInfo *TransInfo) {
    if this.isExec {
        this.Fragment.RollBack(transInfo)
    }
}

事務(wù)并發(fā)

事務(wù)的執(zhí)行過程是一個(gè)同步模型，而事務(wù)之間卻是異步的。多個(gè)事務(wù)間可能共享資源，所以要對事務(wù)進(jìn)行并發(fā)控制。
在Golang中，協(xié)程之間的并發(fā)控制一般使用channel，非常簡單且高效。
假設(shè)一組協(xié)程使用一個(gè)共享資源，這時(shí)通過一個(gè)channel控制，那么多組協(xié)程就需要多個(gè)channel來控制。我們可以使用map，key為shareId，value為channel。

讀channel

根據(jù)業(yè)務(wù)流程，要在某個(gè)Specification（謂詞，Optional的第一個(gè)參數(shù)）中讀channel。假設(shè)該謂詞為IsSomethingNotExist，示例代碼如下：

func (this *IsSomethingNotExist) Ok(transInfo *transdsl.TransInfo) bool {
    ...
    s2Info := transInfo.AppInfo.(*S2Info)
    <- s2Info.Chan
    s2Info.ChanFlag = true
    ...
}

要讀channel，必須先注入。根據(jù)局部化原則，我們在謂詞IsSomethingNotExist中進(jìn)行注入，而不在前面的Action或Specification中進(jìn)行注入，于是示例代碼變?yōu)椋?/p>

func (this *IsSomethingNotExist) Ok(transInfo *transdsl.TransInfo) bool {
    ...
    s2Info := transInfo.AppInfo.(*S2Info)
    concurrencyctrl.ChanMapLock.Lock()
    value, ok := concurrencyctrl.ChanMap[shareId]
    if ok {
        s2Info.Chan = value
    } else {
        s2Info.Chan = make(chan int, 1)
        s2Info.Chan <- 1
        concurrencyctrl.ChanMap[shareId] = s2Info.Chan
    }
    concurrencyctrl.ChanMapLock.Unlock()

    <- s2Info.Chan
    s2Info.ChanFlag = true
    ...
}

寫channel

根據(jù)業(yè)務(wù)流程，要在讀channel的Specification之后的某個(gè)Action中寫channel。假設(shè)該Action為DiscussAction，示例代碼如下：

func (this *DiscussAction) Exec(transInfo *transdsl.TransInfo) error {
    ...
    s2Info := transInfo.AppInfo.(*S2Info)
    s2Info.Chan <- 1
    s2Info.ChanFlag = false
    ...
}

細(xì)心的讀者可能已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，上面的描述“要在讀channel的Specification之后的某個(gè)Action中寫channel”存在兩種情況：

該Specification是optional的第一個(gè)參數(shù)，而該Action或包含該Action的Procedure是對應(yīng)的第二個(gè)參數(shù)
該Action在該Specification對應(yīng)的optional操作之后

不管Specification的Ok方法是否返回true，第二種情況總是會(huì)進(jìn)行寫channel操作，而第一種情況則未必，即當(dāng)Specification的Ok方法返回為false時(shí)，并不會(huì)進(jìn)行寫channel操作，所以有瑕疵。該瑕疵的修復(fù)方法是在該Specification的Ok方法內(nèi)進(jìn)行判斷，如果返回值為false，則進(jìn)行寫channel操作。假設(shè)該謂詞為IsSomethingNeedDel，則示例代碼為：

func (this *IsSomethingNeedDel) Ok(transInfo *transdsl.TransInfo) bool {
    ...
    s2Info := transInfo.AppInfo.(*S2Info)
    concurrencyctrl.ChanMapLock.Lock()
    value, ok := concurrencyctrl.ChanMap[shareId]
    if ok {
        s2Info.Chan = value
    } else {
        s2Info.Chan = make(chan int, 1)
        s2Info.Chan <- 1
        concurrencyctrl.ChanMap[shareId] = s2Info.Chan
    }
    concurrencyctrl.ChanMapLock.Unlock()

    <- s2Info.Chan
    s2Info.ChanFlag = true
    ...

    if flag {
        log.Infof("***IsSomethingNeedDel: true***")
    } else {
        s2Info.Chan <- 1
        s2Info.ChanFlag = false
        log.Infof("***IsSomethingNeedDel: false***")
    }
    return flag
}

錯(cuò)誤和異常處理

channel的閉合操作

在事務(wù)執(zhí)行過程中，不管是遇到錯(cuò)誤還是發(fā)生了異常（panic），可能會(huì)出現(xiàn)對于channel讀了沒有寫的情況，即在事務(wù)處理過程中沒有實(shí)現(xiàn)channel的閉合操作，這將導(dǎo)致該組的其他協(xié)程（Goroutine）也阻塞了。

該問題的解決思路是在事務(wù)調(diào)度的入口方法中使用defer修飾的閉包對異常進(jìn)行捕獲，同時(shí)針對錯(cuò)誤或異常都對channel嘗試閉合操作，示例代碼如下：

func scheduleS1ReqTrans(req []byte) （err error) {
    transInfo := &transdsl.TransInfo{AppInfo: &context.S2Info{}}
    defer func() {
        if p := recover(); p != nil {
            str, ok := p.(string)
            if ok {
                err = errors.New(str)
            } else {
                err = errors.New("panic")
            }

            log.Info("S1ReqTrans panic recover start!")
            log.Error("Stack:", string(debug.Stack()))
            log.Info("S1ReqTrans panic recover end!")
        }
                s2Info := transInfo.AppInfo.(*S2Info)
        if s2Info.ChanFlag {
            s2Info.Chan <- 1
        }
    }()

    s1ReqTrans := trans.NewS1ReqTrans()
    err = s1ReqTrans.Exec(transInfo)
    if err != nil {
        s1ReqTrans.RollBack(transInfo)
    }
    return err
}

事務(wù)的閉合操作

在事務(wù)執(zhí)行的過程中，如果發(fā)生了panic，則會(huì)被調(diào)度層的recover函數(shù)恢復(fù)，然后將panic轉(zhuǎn)換為error。雖然知道這次業(yè)務(wù)是失敗的，但是卻沒有觸發(fā)事務(wù)回滾操作，從而釋放已經(jīng)申請的資源，所以必須在Context層顯式的對panic進(jìn)行處理：

在Action的defer函數(shù)中釋放已經(jīng)成功申請的資源
在Specification或Action的defer函數(shù)中將panic轉(zhuǎn)換為error，觸發(fā)事務(wù)回滾流程

小結(jié)

在管理域的組件中，對實(shí)時(shí)性和性能并沒有極致的要求，同時(shí)Goroutine非常輕量級，所以使用同步模型是一種非常聰明且簡單的處理方式。本文所討論的事務(wù)模型針對的就是同步過程，先詳細(xì)闡述了事務(wù)的過程控制，然后對事務(wù)的回滾給出了通用的設(shè)計(jì)框架，最后對事務(wù)的并發(fā)控制給出了簡單高效的解決方案。事務(wù)模型在DDD的分層架構(gòu)中位于第四層，代碼抽象層次高且表達(dá)力強(qiáng)，和業(yè)務(wù)流程圖一一對應(yīng)，同時(shí)代碼可以以Action或Procedure為粒度進(jìn)行復(fù)用。

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Golang事務(wù)模型

Golang事務(wù)模型

序言

同步模型

事務(wù)

事務(wù)過程控制

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

TransInfo

S1Obj

Fragment

Action

Procedure

Transaction

Repeat

Optional

默認(rèn)

事務(wù)回滾

Action

Procedure

Repeat

Optional

事務(wù)并發(fā)

讀channel

寫channel

錯(cuò)誤和異常處理

channel的閉合操作

事務(wù)的閉合操作

小結(jié)

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Golang事務(wù)模型

序言

同步模型

事務(wù)

事務(wù)過程控制

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

TransInfo

S1Obj

Fragment

Action

Procedure

Transaction

Repeat

Optional

默認(rèn)

事務(wù)回滾

Action

Procedure

Repeat

Optional

事務(wù)并發(fā)

讀channel

寫channel

錯(cuò)誤和異常處理

channel的閉合操作

事務(wù)的閉合操作

小結(jié)

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