两阶段、三阶段提交算法，真的可靠吗？

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在前面的文章中，我们已经详细介绍了两阶段提交算法、三阶段提交算法。包括它们的具体实现流程、优劣等等。如果对这方面不了解的同学，可以再去温习以前的文章。

关于两阶段提交，我们知道它可能会出现提交不一致的情况。这种情况有两种：

• 假设前面各次通信均正常，但因为网络抖动导致部分参与者无法收到“Commit”消息，则会出现部分参与者提交了事务，部分参与者未提交事务这种不一致情况的发生。
• 假设前面各次通信均正常，如果协调者在发出“Commit”消息或者“Rollback”消息后宕机，部分参与者收到了这条消息后提交或者回滚了事务，部分参与者没有收到这条消息。则也会出现提交不一致的情况。

而三阶段提交，则出现提交不一致的情况更低。但是仍然存在：

• 假设前面各次通信均正常，如果协调者在发送“Rollback”消息后宕机，部分参与者收到了“Rollback”消息回滚了事务；部分参与者因为没有收到“Rollback”消息便会默认提交事务。此时便出现提交不一致的情况。

可见，两阶段提交、三阶段提交均不可靠。都可能会出现提交不一致的情况。

但我们也发现：三阶段提交算法则比两阶段提交算法要好，出现不一致提交的概率更低。这里不仅仅是说出现异常的情况少了一种。而是说三阶段提交的通信次数更多，那前面各次通信均正常且最后一次通信异常的事件，其出现概率也更低。

顺着这个思路走下去，阶段越多，则提交越可靠。那是不是说，继续引入更多的阶段，就可以实现可靠的一致性提交呢？

接下来，我们就来讨论这个问题。

要回答上述疑问，我们可以先了解两军问题（Two Generals’ Problem）。

如下图所示，山顶的两支蓝军将白军左右围困在山谷。两支蓝军必须派信使跨过白军驻守的山谷才能通信。信使在跨过山谷时，可能被白军俘虏导致信息丢失。

假设两支蓝军必须在同一天从两侧夹击白军才能成功，而任意一支蓝军单独发起进攻都会失败。那请问，蓝军能必胜吗？

我们现在思考蓝军怎样通信才能商定出一个进攻日期。

假设蓝军1派出信使，传递信息“第五天发起进攻！”

然后，第五天时，蓝军1能放心地发起进攻吗？

不能，因为蓝军1并不能确定蓝军2收到了自己的消息。

于是，需要蓝军2在收到消息后，派出一个信使告知蓝军1自己收到了消息。

这样，第五天时，蓝军2能放心地发起进攻吗？

不能，因为蓝军2并不能确定蓝军1收到了自己的确认消息。

于是，需要蓝军1在收到了蓝军2的确认消息后，再派出一个信使告诉蓝军2自己已经收到了蓝军2的确认消息。

这样，第五天时，蓝军1能放心地发起进攻吗？

不能，因为蓝军1并不能确定蓝军2收到了自己的确认消息。

于是，需要蓝军2在收到蓝军1的确认消息后，再派出一个信使告诉蓝军1……

这时我们发现，要想可靠地传递包含进攻日期的信息，互派信使的过程似乎要无穷无尽地进行下去。这意味着，两支蓝军无法实现信息的可靠传递。

我们可以使用反证法证明这个结论。

假设双方共派出n个必要的信使后，能够可靠地传递信息。双方在不派信使的情况下，显然无法可靠传递信息，故n≥1。由于信使可能会被俘，则第n个信使可能会被俘。而n个信使都是必要的，这意味着，信息无法可靠传递。

两军问题讨论的是在信道不可靠的情况下，能否可靠传递信息的问题。结论是：如果信道不可靠，则无法可靠传递信息。

举一反三，我们可以将两军算法的思路和结论迁移到一致性提交算法中，讨论能否在网络、节点均不稳定的分布式系统中实现可靠的一致性提交。

假设经过n个必要的阶段后，能够实现可靠的一致性提交。不经过任何阶段，显然无法完成提交，故n≥1。由于分布式系统的通信、节点均不稳定，则第n个阶段可能因为通信故障或节点宕机无法顺利完成。而n个阶段都是必要的，这意味着，无法实现可靠的一致性提交。

可见，即使引入更多的阶段，也无法在网络、节点均不稳定的分布式系统中实现可靠的一致性提交。无论我们增加再多的阶段，都不可能完全避免。

但是，确实，随着阶段的增加，出现不一致提交的概率降低。因为在前n-1次无异常且在第n次恰好异常的情况，会随着n的增加逐渐降低。

所以，一般来说，三阶段提交就够用了。已经可以将不一致提交降到一个极低的水平（因为通信异常本身就是一个小概率实践）。

说到这里，可能有人会说，还有一个重要的一致性算法——Paxos算法——我们没有讲！听说它是一个很棒的算法，能不能实现可靠地一致性提交？

如果问出这个问题，则说明他对一致性的概念是混乱的。因为：Paxos算法是一个共识算法，而不是一致性算法。虽然，确实很多网上的资料都讲Paxos算法当做一致性算法。这种错误的认识，应该就是大家在学习分布式系统时容易感到混乱的原因。

关于共识算法、一致性算法的区别，以及共识算法（包括Paxos算法、Raft算法）的详解，大家可以参考下面的书籍。会帮助大家对分布式系统的一致性建立更全面系统的认识。

《分布式系统原理与工程实践》

书中对各种一致性算法都进行了详细的介绍。还详细阐述了共识算法，给出了Paxos算法的推导过程、理解分析、具体示例。应该是最简单易懂的Paxos讲解书籍了。

另外这本书对分布式系统相关的理论、实践、工程知识均进行了详细的介绍，层层递进，有助于大家建立完整的分布式系统知识体系。涉及一致性、共识、Paxos、分布式事务、服务治理、微服务、幂等、消息系统、Zookeeper等。并且还发行了繁体版！

再次提醒大家，在学习分布式系统时，因为涉及到的理论、框架很多。所以大家一定要理清知识脉络，否则容易学得越多越混乱。

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