为了解决之前的问题，MySQL5.7将外部XA在binlog中的记录分成了两部分，使用两个GTID来记录。执行prepare的时候就记录一次binlog，执行commit/rollback再记录一次。由于XA是分成两部分记录，那么XA事务在binlog中就可能是交叉出现的。Slave端的SQL线程在apply的时候需要能够在这些不同事务间切换。

但MySQL XA Replication的实现只考虑了Innodb一种事务引擎的情况，当添加其他事务引擎的时候，原本的一些代码逻辑就会有问题。同时MySQL源码中也存在宕机导致主备不一致的缺陷。

当执行 XA START ‘xid’后，内部xa_state进入XA_ACTIVE状态。

第一次记录DML操作的时候，通过下面代码可以看到，对普通事务在binlog的cache中第一个event记录’BEGIN’,如果是xa_state处于XA_ACTIVE状态就记录’XA START xid’，xid为序列化后的。

  2. {
  3.   if (cache_data->is_binlog_empty())
  4.   {
  5.     if (is_transactional && xs->has_state(XID_STATE::XA_ACTIVE))
  6.     {
  7.       /*
  8.         XA-prepare logging case.
  9.         */
  10.         qlen= sprintf(xa_start, "XA START %s", xs->get_xid()->serialize(buf));
  11.         query= xa_start;
  12.       }
  13.       else
  14.       {
  15.         /*
  16.         Regular transaction case.
  17.         */
  18.         query= begin;
  19.       }
  21.       Query_log_event qinfo(thd, query, qlen,
  22.                           is_transactional, false, true, 0, true);
  23.       if (cache_data->write_event(thd, &qinfo))
  24.         DBUG_RETURN(1);

XA END xid的执行会将xa_state设置为XA_IDLE。

  1. bool Sql_cmd_xa_end::trans_xa_end(THD *thd)
  2. {
  3.   xid_state->set_state(XID_STATE::XA_IDLE);

当XA PREPARE xid执行的时候，binlog_prepare会通过检查thd的xa_state是否处于XA_IDLE状态来决定是否记录binlog。如果在对应状态，就会调用MYSQL_BINLOG的commit函数，记录’XA PREPARE xid’，将之前cache的binlog写入到文件。

  1. static int binlog_prepare(handlerton *hton, THD *thd, bool all)
  2. {
  3.   DBUG_RETURN(all && is_loggable_xa_prepare(thd) ?
  4.               mysql_bin_log.commit(thd, true) : 0);
  7. inline bool is_loggable_xa_prepare(THD *thd)
  8. {
  9.   return DBUG_EVALUATE_IF("simulate_commit_failure",
  10.                           false,
  11.                           thd->get_transaction()->xid_state()->
  12.                           has_state(XID_STATE::XA_IDLE));
  14. TC_LOG::enum_result MYSQL_BIN_LOG::commit(THD *thd, bool all)
  15. {
  16.       if (is_loggable_xa_prepare(thd))
  17.     {
  18.       XID_STATE *xs= thd->get_transaction()->xid_state();
  19.       XA_prepare_log_event end_evt(thd, xs->get_xid(), one_phase);
  20.       err= cache_mngr->trx_cache.finalize(thd, &end_evt, xs)
  21.     }

当XA COMMIT/ROLLBACK xid执行时候，调用do_binlog_xa_commit_rollback记录’XA COMMIT/ROLLBACK xid’。

  1. TC_LOG::enum_result MYSQL_BIN_LOG::commit(THD *thd, bool all)
  2. {
  3.   if (thd->lex->sql_command == SQLCOM_XA_COMMIT)
  4.     do_binlog_xa_commit_rollback(thd, xs->get_xid(),
  5.                                 true)))
  7. int MYSQL_BIN_LOG::rollback(THD *thd, bool all)
  8. {
  9.   if (thd->lex->sql_command == SQLCOM_XA_ROLLBACK)
  10.     if ((error= do_binlog_xa_commit_rollback(thd, xs->get_xid(), false)))

由于XA PREPARE单独记录binlog，那么binlog中的events一个xa事务就可能是分隔开的。举个例子，session1中xid为’a’的分布式事务执行xa prepare后，session2中执行并提交了xid为’z’的事务，然后xid ‘a’才提交。我们可以看到binlog events中xid ‘z’的events在’a’的prepare和commit之间。

SQL线程要做到能够在执行XA事务时切换到不同事务，需要做到server层保留原有xid的Transaction_ctx信息，引擎层也保留原有xid的事务信息。

server层保留原有xid的Transaction_ctx信息是通过在prepare的时候将thd中xid的Transaction_ctx信息从transacion_cache中detach掉，创建新的保留了XA事务信息的Transaction_ctx放入transaction_cache中。

  1. bool Sql_cmd_xa_prepare::execute(THD *thd)
  2.     !(st= applier_reset_xa_trans(thd)))
  4. bool applier_reset_xa_trans(THD *thd)
  5.     transaction_cache_detach(trn_ctx);
  7. bool transaction_cache_detach(Transaction_ctx *transaction)
  8.   res= create_and_insert_new_transaction(&xid, was_logged);

引擎层的实现并不是通过在prepare的时候创建新trx_t的来保存原有事务信息。而是在XA START的时候将原来thd中所有的engine ha_data单独保留起来，为XA事务创建新的。在XA PREPARE的时候，再将原来的reattach回来，将XA的从thd detach掉，解除XA和thd的关联。引擎层添加了新的接口replace_native_transaction_in_thd来支持上述操作。对于Slave的SQL线程，函数调用如下：

  1. //engine 新添加的接口
  2. struct handlerton
  3. {
  4.   void (*replace_native_transaction_in_thd)(THD *thd, void *new_trx_arg, void **ptr_trx_arg);
  6. //XA START函数调用
  7. bool Sql_cmd_xa_start::execute(THD *thd)
  8. {
  9.     thd->rpl_detach_engine_ha_data();
  11. void THD::rpl_detach_engine_ha_data()
  12. {
  13.   rli->detach_engine_ha_data(this);
  15. //每个Storage engine都调用detach_native_trx
  16. void Relay_log_info::detach_engine_ha_data(THD *thd)
  17.   plugin_foreach(thd, detach_native_trx,
  18.                  MYSQL_STORAGE_ENGINE_PLUGIN, NULL);
  20. my_bool detach_native_trx(THD *thd, plugin_ref plugin, void *unused)
  21. {
  23.     hton->replace_native_transaction_in_thd(thd, NULL,
  24.                                             thd_ha_data_backup(thd, hton));
  26. //XA PREPARE函数调用
  27. bool Sql_cmd_xa_prepare::execute(THD *thd)
  28. {
  29.   !(st= applier_reset_xa_trans(thd)))
  31. bool applier_reset_xa_trans(THD *thd)
  32. {
  33.   attach_native_trx(thd);
  35. //对事务涉及到的引擎调用reattach_engine_ha_data_to_thd。
  36. static void attach_native_trx(THD *thd)
  37. {
  38.   if (ha_info)
  39.   {
  40.     for (; ha_info; ha_info= ha_info_next)
  41.     {
  42.       handlerton *hton= ha_info->ht();
  43.       reattach_engine_ha_data_to_thd(thd, hton);
  44.       ha_info_next= ha_info->next();
  45.       ha_info->reset();
  46.     }
  47.   }
  49. inline void reattach_engine_ha_data_to_thd(THD *thd, const struct handlerton *hton)
  50. {
  51.   if (hton->replace_native_transaction_in_thd)
  52.     hton->replace_native_transaction_in_thd(thd, *trx_backup, NULL);

当XA COMMIT/ROLLBACK执行的时候，如果当前thd中没有对应的xid，就会从transaction_cache中查找对应xid的state信息，然后调用各个引擎的commit_by_xid/rollback_by_xid接口提交/回滚XA事务。

  1. bool Sql_cmd_xa_commit::trans_xa_commit(THD *thd)
  2. {
  3.   if (!xid_state->has_same_xid(m_xid))
  4.   {
  5.         Transaction_ctx *transaction= transaction_cache_search(m_xid);
  6.         ha_commit_or_rollback_by_xid(thd, m_xid, !res);
  8. static void ha_commit_or_rollback_by_xid(THD *thd, XID *xid, bool commit)
  9. {
  10.   plugin_foreach(NULL, commit ? xacommit_handlerton : xarollback_handlerton,
  11.                  MYSQL_STORAGE_ENGINE_PLUGIN, xid);
  13. static my_bool xacommit_handlerton(THD *unused1, plugin_ref plugin, void *arg)
  14. {
  15.   if (hton->state == SHOW_OPTION_YES && hton->recover)
  16.     hton->commit_by_xid(hton, (XID *)arg);
  18. static my_bool xarollback_handlerton(THD *unused1, plugin_ref plugin, void *arg)
  19. {
  20.   if (hton->state == SHOW_OPTION_YES && hton->recover)
  21.     hton->rollback_by_xid(hton, (XID *)arg);

由于XA COMMIT/XA ROLLBACK是单独作为一部分，这部分并没有原来XA事务涉及到库、表的信息，所以XA COMMIT在Slave端当slave-parallel-type为DATABASE时是无法并发执行的，在slave端强制设置mts_accessed_dbs为OVER_MAX_DBS_IN_EVENT_MTS使其串行执行。

  1. bool Log_event::contains_partition_info(bool end_group_sets_max_dbs)
  2. {
  3.   case binary_log::QUERY_EVENT:
  4.   {
  5.     Query_log_event *qev= static_cast<Query_log_event*>(this);
  6.     if ((ends_group() && end_group_sets_max_dbs) ||
  7.       (qev->is_query_prefix_match(STRING_WITH_LEN("XA COMMIT")) ||
  8.       qev->is_query_prefix_match(STRING_WITH_LEN("XA ROLLBACK"))))
  9.       {
  10.         res= true;
  11.         qev->mts_accessed_dbs= OVER_MAX_DBS_IN_EVENT_MTS;
  12.       }

MySQL中普通事务提交的时候，需要先在引擎中prepare，然后再写binlog，之后再做引擎commit。但在MySQL执行XA PREPARE的时候先写入了binlog，然后才做引擎的prepare。如果引擎在做prepare的时候失败或者服务器crash就会导致binlog和引擎不一致，主备进入不一致的状态。

在MySQL5.7中对模拟simulate_xa_failure_prepare的DEBUG情况做如下修改，使之模拟在Innodb引擎prepare的时候失败。

然后运行下面的case，可以看到Master上的XA失败后被回滚。但由于这个时候已经写入了binlog events，导致Slave端执行了XA事务，留下一个处于prepared状态的XA事务。

  1. replication.test:
  3. --disable_warnings
  4. source include/master-slave.inc;
  5. --enable_warnings
  6. connection master;
  7. CREATE TABLE ti (c1 INT) ENGINE=INNODB;
  8. XA START 'x';
  9. INSERT INTO ti VALUES(1);
  10. XA END 'x';
  11. SET @@session.debug = '+d,simulate_xa_failure_prepare';
  12. --error ER_XA_RBROLLBACK
  13. XA PREPARE 'x';
  14. --echo #Master
  15. XA RECOVER;
  17. --sync_slave_with_master
  18. connection slave;
  19. --echo #Slave
  20. XA RECOVER;
  22. replication.result:
  25. [connection master]
  26. CREATE TABLE ti (c1 INT) ENGINE=INNODB;
  27. XA START 'x';
  28. INSERT INTO ti VALUES(1);
  29. XA END 'x';
  30. SET @@session.debug = '+d,simulate_xa_failure_prepare';
  31. XA PREPARE 'x';
  32. ERROR XA100: XA_RBROLLBACK: Transaction branch was rolled back
  33. #Master
  34. XA RECOVER;
  35. formatID  gtrid_length  bqual_length  data
  36. #Slave
  37. XA RECOVER;
  38. formatID  gtrid_length  bqual_length  data
  39. 1 1 0 x
  1. --- a/sql/handler.cc
  2. +++ b/sql/handler.cc
  3. @@ -1479,6 +1479,7 @@ int ha_prepare(THD *thd)
  4.        }
  5.        ha_info= ha_info->next();
  6.      }
  7. +    DBUG_EXECUTE_IF("crash_after_xa_prepare", DBUG_SUICIDE(););
  9.      DBUG_ASSERT(thd->get_transaction()->xid_state()->
  10.                  has_state(XID_STATE::XA_IDLE));

然后跑下面的testcase。可以看到即使所有引擎都prepare了，宕机重启后XA RECOVER还是还是没有能够找回之前prepare的事务。而且这个时候我们查看binlog文件可以看到binlog已经写成功，这也会导致主备不一致。很明显，应该是InnoDB引擎丢失了prepare的日志。那么是什么原因导致这个问题？感兴趣的同学可以查看int MYSQL_BIN_LOG::ordered_commit(THD *thd, bool all, bool skip_commit)和innobase中trx_prepare的代码，看process_flush_stage_queue和flush_logs和thd->durability_property的相关逻辑。这里不再展开详细叙述。

  1. replication.test:
  3. -- source include/have_log_bin.inc
  4. CREATE TABLE ti (c1 INT) ENGINE=INNODB;
  5. XA START 'x';
  6. INSERT INTO ti VALUES(1);
  7. XA END 'x';
  8. SET @@session.debug = '+d,crash_after_xa_prepare';
  9. --exec echo "wait" > $MYSQLTEST_VARDIR/tmp/mysqld.1.expect
  10. --error 2013
  11. XA PREPARE 'x';
  12. --source include/wait_until_disconnected.inc
  13. --let $_expect_file_name= $MYSQLTEST_VARDIR/tmp/mysqld.1.expect
  14. --source include/start_mysqld.inc
  15. XA RECOVER;
  16. show binlog events in 'mysql.000001';
  19. replication.result:
  20. CREATE TABLE ti (c1 INT) ENGINE=INNODB;
  21. XA START 'x';
  22. INSERT INTO ti VALUES(1);
  23. XA END 'x';
  24. SET @@session.debug = '+d,crash_after_xa_prepare';
  25. XA PREPARE 'x';
  26. ERROR HY000: Lost connection to MySQL server during query
  27. # restart
  28. XA RECOVER;
  29. formatID  gtrid_length  bqual_length  data
  30. show binlog events in 'mysql.000001';
  31. Log_name  Pos Event_type  Server_id End_log_pos Info
  32. mysql.000001  4 Format_desc 1 123 Server ver: 5.7.19org-debug-log, Binlog ver: 4
  33. mysql.000001  123 Previous_gtids  1 154
  34. mysql.000001  154 Anonymous_Gtid  1 219 SET @@SESSION.GTID_NEXT= 'ANONYMOUS'
  35. mysql.000001  219 Query 1 331 use `test`; CREATE TABLE ti (c1 INT) ENGINE=INNODB
  36. mysql.000001  331 Anonymous_Gtid  1 396 SET @@SESSION.GTID_NEXT= 'ANONYMOUS'
  37. mysql.000001  396 Query 1 483 XA START X'78',X'',1
  38. mysql.000001  483 Table_map 1 528 table_id: 222 (test.ti)
  39. mysql.000001  528 Write_rows  1 568 table_id: 222 flags: STMT_END_F
  40. mysql.000001  568 Query 1 653 XA END X'78',X'',1
  41. mysql.000001  653 XA_prepare  1 690 XA PREPARE X'78',X'',1

上面两个问题的修复，都可以通过先执行事务引擎的prepare操作，再调用binlog的prepare来解决。

在上面实现分析中可以看到Slave在执行XA START的时候，由于这个时候并不知道该XA事务涉及到哪些引擎，所以对所有Storage engine引擎都调用了detach_native_trx。但在XA PREPARE的时候，源码中只对XA涉及到的引擎调用了reattach_engine_ha_data_to_thd。对于引擎可插拔的MySQL来说，当server中不止一个事务引擎，这里就会存在有的引擎原thd中的trx被detach后没有被reattach。

我们可以拿支持tokudb的percona server做对应实验。对DEBUG编译的server，执行下面replication的testcase。该case对TokuDB做一个完整的XA事务后，再向Innodb写入。运行该case，slave端会产生assert_fail的错误。因为TokuDB执行XA事务时，将Innodb的ha_data放入backup，但由于Innodb没有参与该XA事务，所以并没有reattach，导致gdb可以看到assert_fail处InnoDB的ha_ptr_backup不为NULL，不符合预期。

  1. replication.test
  2. --disable_warnings
  3. source include/master-slave.inc;
  4. --enable_warnings
  5. connection master;
  6. create table tk(c1 int) engine=tokudb;
  7. create table ti(c1 int) engine=innodb;
  9. xa start 'x';
  10. insert into tk values(1);
  11. xa end 'x';
  12. xa prepare 'x';
  13. xa commit 'x';
  15. insert into ti values(2);
  17. __assert_fail
  18. thd->ha_data[ht_arg->slot].ha_ptr_backup == __null || (thd->get_transaction()->xid_state()-> has_state(XID_STATE::XA_ACTIVE))"
  20. $1 = (void *) 0x2b11e0401070

修复问题，可以在需要reattach_engine_ha_data_to_thd的代码处，对所有storage engine再次调用该操作。

对于不支持reattach_engine_ha_data_to_thd的事务引擎实际是不支持重放MySQL5.7新XA方式生成的binlog的，但在源码中并没有合适禁止操作。这就会导致slave在apply的时候数据错乱。

继续使用支持tokudb的percona server做实验。由于TokuDB并没有实现reattach_engine_ha_data_to_thd接口，Slave在重放XA事务的时候，在TokuDB引擎中实际就在原本关联thd的trx上操作，并没有生成新的trx。这就会导致数据等信息错乱，可以看到下面的例子。session1做了一个XA事务，插入数值1，prepare后并没有提交。随后另一个session插入数值2，但在slave同步后，数值2无法查询到。在session1提交了XA事务，写入TokuDB的数值1、2才在slave端查询到。

修复该问题，需要对没有实现新接口的事务引擎在执行XA时候给与合适的禁止操作，同时需要支持新XA的事务引擎要实现reattach_engine_ha_data_to_thd接口。