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🗂️ 文章分类: 后端  
🏷️ 文章标签: Seata  
📅 文章创建时间: 2022-08-22
🕘️ 文章最后更新时间:暂无

[toc]

微服务分布式事务组件Seata ​

Seata是分布式事务的当前解决方案。当前Seata版本为1.5.1

下图为微服务架构图 20220728161129.png

目前SpringCloudAlibaba中各个组件的版本搭配

Spring Cloud Alibaba VersionSentinel VersionNacos VersionRocketMQ VersionDubbo VersionSeata Version
2.2.8.RELEASE1.8.42.1.04.9.3~1.5.1

分布式事务 ​

事务的分类 ​

事务本质上就是一组逻辑操作。事务的原子性要求事务内的所有逻辑操作要么全部完成,要么全部失败。

事务主要分为本地事务和分布式事务两种。

本地事务

本地事务一般是指服务自身的逻辑操作。并且只涉及到一个服务,一个数据库。

本地事务的ACID特性是由数据库直接提供支持。

seata_20231213211420.png

分布式事务

分布式事务一般是指多个服务共同组成的逻辑操作。并且会涉及到多个服务,多个数据库。

简而言之,分布式事务可以理解为多个本地事务组合为一个大事务。

seata_20231213212116.png

由于分布式事务涉及到多个数据库,那么分布式事务的ACID特性就无法单纯由数据库的事务机制来提供了。

分布式事务的问题 ​

由于分布式事务是由多个本地事务组成的。而每个本地事务都有自己的业务逻辑操作和数据库操作。

当分布式事务中的某个操作失败了,那么为了保证分布式事务的原子性,分布式事务中的其他读写操作也要进行失败处理。只有当分布式事务中的所有操作都成功了,那么这个分布式事务才算成功。

即分布式事务中的所有操作,要么全部成功,要么全部失败。

分布式事务的使用场景 ​

通常情况下,事务的ACID特性都是由数据库来实现。例如Spring事务的底层就是调用各个数据库的事务实现的。

由于分布式事务涉及到多个服务,多个数据库。那么分布式事务的ACID特性就无法单纯由数据库的事务来提供了。

分布式事务的使用场景如下:

  1. 跨库事务: 跨库事务指的是一个业务功能需要操作多个数据库。这种情况下会面临着分布式事务的问题。 seata20220822144529.png

  2. 分库分表: 当数据库分库分表之后,一个业务功能也会涉及到操作多个数据库的情况。此时要保证多个数据库的操作要么都成功,要么都失败,因此分库分表的情况下也会面临着分布式事务的问题。 seata20220822145935.png

  3. 微服务: 在微服务架构下,一个业务功需要调用多个服务,多个数据库。那么也会面临着分布式事务的问题。 seata20220822151034.png

解决分布式事务问题的理论基础 ​

由于分布式事务,涉及到多个事务,多个数据库。那么如何保证分布式事务中的操作要么全部完成,要么全部失败。

目前解决分布式事务问题的理论基础,有2PC和3PC协议。

2PC协议 ​

2PC协议,全称2阶段提交协议。2PC协议将分布式事务划分为2个阶段来完成。

阶段1(准备阶段):

  1. 事务协调者向所有的事务参与者发送准备请求。
  2. 各个参与者接收到准备请求后,执行各自的事务操作,但不提交事务。
  3. 各个参与者将事务操作完成后,将操作结果告诉给事务协调者。
  4. 事务协调者收到各个参与者的事务操作结果后。如果所有参与者的事务操作都完成了,那么进入到阶段2。否则就进入到回退阶段。

seata20220822155036.png

  • 协调者:用于管理分布式事务中的所有事务.
  • 参与者:可以是数据库,也可以是单个服务.

阶段1(准备阶段。错误情况下)

  1. 如果在阶段1中,协调者没有收到所有参与者的成功响应。
  2. 那么协调者会给所有参与者发送回退请求。让所有参与者进行回退操作。
  3. 由于阶段1的参与者都没有事务提交,因此阶段1的参与者都可以进行事务回退操作。

阶段2(提交阶段。正常情况下)

  1. 当阶段1完成后,即协调者收到所有参与者的成功响应后。开始进行阶段2。
  2. 协调者会向所有参与者发送 Commit 提交请求。
  3. 参与者收到 Commit 提交请求后,进行事务提交。事务提交完成后,释放事务占用的所有资源。
  4. 参与者在事务提交完成之后向协调者发送成功响应。
  5. 协调者接收到所有参与者的 YES 响应后,那么分布式事务就完成了。

seata20220822154748.png

阶段2(提交阶段。错误情况下)

中断事务并回退:

  1. 当参与者的事务提交失败。会向协调者发送 NO 响应。
  2. 当协调者收到参与者的 NO 响应后,表示有某个事务执行失败了。
  3. 此时协调者会向所有参与者发送 Rollback 回退请求。
  4. 参与者收到 Rollback 回退请求后,参与者会使用阶段1生成的 Undo 日志执行事务回滚,然后释放事务占用的所有资源。
  5. 参与者执行完事务回滚后,向协调者发送 Ack 响应。
  6. 协调者接收到所有参与者的 Ack 响应后,完成分布式事务的回退操作。

seata20220822160139.png

2PC协议的问题 ​

  1. 若网络异常,导致参与者收不到协调者信息,那么参与者会一直阻塞下去。
  2. 如果协调者宕机,那么参与者会一直阻塞下去。并一直占用资源。
  3. 在阶段2中,如果网络异常,导致部分参与者没有收到协同者的 Commit/Rollback 请求,而其他参与者则正常收到 Commit/Rollback 操作。那么没有收到请求的参与者则继续阻塞。这时,参与者之间的数据就不再一致了。

Seata介绍 ​

Seata是一款阿里巴巴开源的分布式事务解决方案,致力于提供高性能和简单易用的分布式事务服务。

Seata官网

在 Seata 的架构中,有三个重要的角色。

  • TC 事务协调者(Transaction Coordinator) :用于维护全局和分支事务的状态,驱动全局事务提交或回滚。
  • TM 事务管理器(Transaction Manager) :用于定义全局事务的范围:开始全局事务、提交或回滚全局事务。
  • RM 资源管理器(Resource Manager) :用于管理分支事务处理的资源,与TC交谈以注册分支事务和报告分支事务的状态,并驱动分支事务提交或回滚。

其中TC为单独部署的Seata Server服务端,TM和RM为嵌入到服务应用中的Seata Client客户端。

seata_20231214011524.png

如图所示,三个角色在分布式事务中的作用。其中Business服务需要调用Stock服务,Order服务,Account服务。

Seata 服务端(TC角色)部署 ​

① 先下载Seata 服务端的安装包,注意Seata的版本要与SpringCloudAlibaba的版本要搭配。

下载地址 https://github.com/seata/seata/releases

Seata 服务端安装包目录 seata_20231214131508.png

② Seata服务端有3种持久化模式(store.mode)

  • file:(默认单机模式)本地文件模式,全局事务会话信息读写在内存中,并持久化到本地文件/bin/sessionStore/root.data,性能较高。
  • db:数据库模式(集群模式),全局事务会话信息通过db共享,性能差些。(mysql数据库仅支持5.7+版本)
  • redis:redis模式,性能较高,存在事务信息丢失风险,需要提前配置redis持久化配置。

③ 启动Seata服务端

  • 如果是windows环境,则运行/bin/seata-server.bat
  • 如果是linux环境,则运行/bin/seata-server.sh

④ 访问seata服务端界面。默认访问地址:localhost:7091/#/login。账号密码是seata/seata

seata20220824095707.pngseata20220824095943.png

配置Seata服务端存持久化模式为db ​

  1. 修改Seata服务端配置文件/conf/application.yml,修改为store.mode="db"
  2. 将application.example.yml中的数据库db配置信息,复制到application.yml中,修改store.db相关属性。
yml
seata:
  config:
    type: file
  registry:
    type: file
  store:
    mode: db  ## 模式改为db
    #### 下面是从application.example.yml中复制数据库连接信息到application.yml的
    db:
      datasource: druid
      db-type: mysql
      driver-class-name: com.mysql.jdbc.Driver
      url: jdbc:mysql://127.0.0.1:3306/seata-mysql?rewriteBatchedStatements=true
      user: root
      password: root
      min-conn: 5
      max-conn: 100
      global-table: global_table
      branch-table: branch_table
      lock-table: lock_table
      distributed-lock-table: distributed_lock
      query-limit: 100
      max-wait: 5000
  1. 在数据库中创建库和表。

先创建数据库seata-mysql。然后创建相关表。然后创建表的脚本可通过下面的链接获取。

Seata建表脚本链接:https://github.com/seata/seata/blob/1.5.0/script/server/db/mysql.sql

具体的建表脚本。要注意版本,后续版本可能会变。

sql
-- -------------------------------- The script used when storeMode is 'db' --------------------------------
-- the table to store GlobalSession data
CREATE TABLE IF NOT EXISTS `global_table`
(
    `xid`                       VARCHAR(128) NOT NULL,
    `transaction_id`            BIGINT,
    `status`                    TINYINT      NOT NULL,
    `application_id`            VARCHAR(32),
    `transaction_service_group` VARCHAR(32),
    `transaction_name`          VARCHAR(128),
    `timeout`                   INT,
    `begin_time`                BIGINT,
    `application_data`          VARCHAR(2000),
    `gmt_create`                DATETIME,
    `gmt_modified`              DATETIME,
    PRIMARY KEY (`xid`),
    KEY `idx_status_gmt_modified` (`status` , `gmt_modified`),
    KEY `idx_transaction_id` (`transaction_id`)
) ENGINE = InnoDB
  DEFAULT CHARSET = utf8mb4;

-- the table to store BranchSession data
CREATE TABLE IF NOT EXISTS `branch_table`
(
    `branch_id`         BIGINT       NOT NULL,
    `xid`               VARCHAR(128) NOT NULL,
    `transaction_id`    BIGINT,
    `resource_group_id` VARCHAR(32),
    `resource_id`       VARCHAR(256),
    `branch_type`       VARCHAR(8),
    `status`            TINYINT,
    `client_id`         VARCHAR(64),
    `application_data`  VARCHAR(2000),
    `gmt_create`        DATETIME(6),
    `gmt_modified`      DATETIME(6),
    PRIMARY KEY (`branch_id`),
    KEY `idx_xid` (`xid`)
) ENGINE = InnoDB
  DEFAULT CHARSET = utf8mb4;

-- the table to store lock data
CREATE TABLE IF NOT EXISTS `lock_table`
(
    `row_key`        VARCHAR(128) NOT NULL,
    `xid`            VARCHAR(128),
    `transaction_id` BIGINT,
    `branch_id`      BIGINT       NOT NULL,
    `resource_id`    VARCHAR(256),
    `table_name`     VARCHAR(32),
    `pk`             VARCHAR(36),
    `status`         TINYINT      NOT NULL DEFAULT '0' COMMENT '0:locked ,1:rollbacking',
    `gmt_create`     DATETIME,
    `gmt_modified`   DATETIME,
    PRIMARY KEY (`row_key`),
    KEY `idx_status` (`status`),
    KEY `idx_branch_id` (`branch_id`),
    KEY `idx_xid_and_branch_id` (`xid` , `branch_id`)
) ENGINE = InnoDB
  DEFAULT CHARSET = utf8mb4;

CREATE TABLE IF NOT EXISTS `distributed_lock`
(
    `lock_key`       CHAR(20) NOT NULL,
    `lock_value`     VARCHAR(20) NOT NULL,
    `expire`         BIGINT,
    primary key (`lock_key`)
) ENGINE = InnoDB
  DEFAULT CHARSET = utf8mb4;

INSERT INTO `distributed_lock` (lock_key, lock_value, expire) VALUES ('AsyncCommitting', ' ', 0);
INSERT INTO `distributed_lock` (lock_key, lock_value, expire) VALUES ('RetryCommitting', ' ', 0);
INSERT INTO `distributed_lock` (lock_key, lock_value, expire) VALUES ('RetryRollbacking', ' ', 0);
INSERT INTO `distributed_lock` (lock_key, lock_value, expire) VALUES ('TxTimeoutCheck', ' ', 0);

配置Seata服务端连接到nacos注册中心 ​

  1. 从application.example.yml中复制注册中心连接信息到application.yml中。
  2. 编辑registry.type属性和registry.nacos属性。
yml
seata:
  registry:
    type: nacos   # 设置registry.type属性为nacos
    preferred-networks: 30.240.*
    nacos:
      application: seata-server     ### seata服务名称
      server-addr: 127.0.0.1:7070   ### nacos注册中心地址
      group: SEATA_GROUP
      namespace:
      cluster: default              ### nacos注册中心默认为集群模式
      username: nacos               ### nacos账户
      password: nacos               ### nacos密码

如图所示,成功把Seata服务端注册到Nacos中 seata20220823171307.png

配置Seata服务端连接nacos配置中心 ​

  1. 从application.example.yml中复制配置中心连接信息到application.yml中。
  2. 编辑config.type属性和config.nacos属性。
yml
seata:
  config:
    type: nacos  # 设置config.type属性为nacos配置中心
    nacos:
      server-addr: 127.0.0.1:7070       ### 配置中心地址
      namespace:
      group: SEATA_GROUP             
      username: nacos                   ### nacos账户
      password: nacos                   ### nacos密码
      data-id: seataServer.properties   ### 配置文件的名称
  1. 在nacos配置中心中创建对应的配置文件。可以把seata的持久化模式等相关配置放在nacos配置中心中编辑,然后由seata来读取。

seata20220823172222.pngseata20220823173928.png

解决Seata服务端启动seata-server.bat闪退 ​

运行/bin/seata-server.bat,启动Seata服务端。如果Seata服务端启动失败后,windows命令窗口会闪退,导致无法看到失败原因。

解决方式:编辑seata-server.bat

shell
cmd    # 在最后一行前加上这段代码,防止闪退。
exit /B %ERROR_CODE%

SpringCloudAlibaba 集成 Seata客户端 ​

Seata客户端一般是集成到微服务中的某个具体的服务。

① 导入Seata客户端依赖

不用写具体的Seata版本号,具体的Seata版本号由父pom中的SpringCloudAlibaba依赖来决定。

xml
<dependency>
    <groupId>com.alibaba.cloud</groupId>
    <artifactId>spring-cloud-starter-alibaba-seata</artifactId>
</dependency>

② 在服务的application.yaml配置文件中添加配置

还需要在Seat客户端中再次配置Seata服务端的信息。从而让Seat客户端找到Seat服务端。

yaml
seata:
  # seata服务端的nacos注册中心信息。参考seata服务端的配置
  registry:
    type: nacos
    nacos:
      server-addr: 127.0.0.1:8848
      # namespace默认为public
      namespace: ""
      # seata服务端在nacos注册中心的应用名称
      application: seata-server
      group: SEATA_GROUP
      username: nacos
      password: nacos
  # seata服务端的nacos配置中心信息。参考seata服务端的配置
  config:
    type: nacos
    nacos:
      server-addr: 127.0.0.1:8848
      namespace: ""
      group: SEATA_GROUP
      username: nacos
      password: nacos
  # seata服务端的事务组 
  tx-service-group: default_tx_group

Seata的4种模式(XA,AT,TCC,Saga) ​

Seata提供了四种模式来解决分布式事务

  • AT模式:Seata的默认模式。是最终一致性的分阶段事务模式,无业务侵入。
  • XA模式:强一致性分阶段事务模式,弱可用性,无业务侵入。
  • TCC模式:最终一致性的分阶段事务模式,有业务侵入。
  • SAGA模式:长事务模式,有业务侵入。

其中AT模式是Seata的默认模式,也是阿里巴巴推荐的模式。

实际上,这四种模式都是2PC协议的不同实现方式,每种模式都有自己的侧重点。

XA模式 ​

XA模式是2PC协议的一种实现方式,下图是XA模式的流程图。

seata_20231214192538.png

阶段1:

  1. 事务管理器TM 向事务协调者TC 注册一个全局事务。
  2. TM向TC注册一个分支事务。一个分支事务代表一个微服务。
  3. 然后各个分支事务(服务)执行各自的业务操作。并将事务操作结果报告给TC。

阶段2:

  1. TC检查各个分支事务的事务操作结果。
  2. 如果所有分支事务都成功完成事务操作,那么TC发送提交请求给所有分支事务。否则TC发送回滚请求给所有分支事务。
  3. 各个分支事务接收TC发送的请求,来执行事务的提交/回滚操作。

XA模式的优点

优点:满足ACID特性。实现简单,没有侵入性。

XA模式的缺点

阶段1的分支事务会锁定数据库资源。只有等到阶段2分支事务才会释放资源。如果阶段1的完成时间较长,那么会导致数据库资源的长期占用。即XA模式下分布式事务的耗时长,性能差。

另外XA模式本质上使用数据库的事务机制来完成的。如果数据库不支持事务,那么XA模式就无法实现。

Seata使用XA模式 ​

① 在服务的配置文件中添加配置

yaml
# 开启seata的XA模式
seata:
  data-source-proxy-mode: XA

② 给分布式事务的入口方法添加@GlobalTransactional注解即可。

java
//buy方法就是分布式事务的入口方法。该方法需要调用多个服务,多个数据库。
@GlobalTransactional
public void buy(){
  //调用订单服务,创建订单
  orderService.create();
  //调用支付服务,进行支付
  payService.toPay();
  //调用库存服务,扣减库存
  //......
}

AT模式 ​

AT模式是2PC协议的一种实现方式。不过AT模式解决了XA模式中事务资源锁定时间长的问题。

AT模式的流程图如下。 seata_20231214205817.png

阶段1:

  1. 事务管理器TM 向事务协调者TC 注册一个全局事务。
  2. TM向TC注册一个分支事务。一个分支事务代表一个微服务。
  3. 各个分支事务执行业务操作并提交事务,然后记录业务操作前后的信息,生成快照。
  4. 分支事务向TC发送执行结果。

阶段2:

  1. TC检查各个分支事务的事务操作结果。
  2. 如果所有分支事务都成功完成事务操作,那么TC发送提交请求给所有分支事务。否则TC发送回滚请求给所有分支事务。
  3. 各个分支事务接收TC发送的请求。如果是提交请求,那么分支事务直接删除快照。如果是回滚请求,分支事务根据快照恢复数据。

AT模式中的读写隔离问题 ​

什么是AT模式中的读写隔离问题?

例如有一个分布式事务,里面包含事务A,B,C。有一个数据库记录R1。

在AT模式的阶段1和阶段2的中间过程中,如果有一个分布式事务之外的事务D。也修改了数据库记录R1,并提交了事务D。

那么当分布式事务在阶段2的时候进行了回滚,这样会导致事务D的修改无效。即事务D产生了脏写问题。

解决方式

通过全局锁机制+前后快照机制

全局锁是指:TC来记录分布式事务的执行过程中,分支事务修改了那条数据记录。然后将分支事务与数据库记录绑定。让这条数据库记录只能被某个分支事务修改。

前后快照机制是指:事务在提交的时候,将修改前的数据保存为before-image。将修改后的数据保存为after-image。

当阶段2需要回滚的时候,通过将现有数据记录与after-image进行对比,若一致,说明这条数据没有被其他事务修改。那么阶段2就可以回滚了。如果不一致,说明有其他事务修改了这条数据记录。那么此时需要人工干预。

seata_20231214212737.png

AT模式的阶段1详细过程 ​

AT模式的阶段1:

  1. Seata首先会拦截业务SQL
  2. 在业务数据被更新前,将其保存成before-image(before快照)
  3. 执行业务SQL,更新业务数据
  4. 在业务数据更新之后,将其保存成after-image(after快照)
  5. 然后对这条业务数据记录,加上行锁。
  6. 以上操作全部在一个数据库事务内完成,这样保证了阶段1的原子性。

seata20220822224203.png

AT模式的阶段2详细过程 ​

AT模式的阶段2:(正常情况下)

  1. 由于事务在阶段1就已经提交了。
  2. 因此阶段2,只是将before-image和after-image和行锁删除即可。

seata20220822224609.png

AT模式的阶段2:(回滚情况下)

  1. 由于事务在阶段1就已经提交了。如果阶段2要回滚。
  2. 首先要校验脏写情况,对比当前业务数据和after-image。
    1. 如果一致就说明没有脏写,可以通过before-image来回滚到之前的业务数据。
    2. 如果不一致就说明有脏写,出现脏写就需要通过人工处理。
  3. 回滚完成后,最后把before-image和after-image和行锁删除即可。

seata20220822224701.png

AT模式和XA模式的区别 ​

  1. XA模式阶段1不提交事务,会一直锁定资源。AT模式阶段1提交事务,事务提交后释放资源。
  2. XA模式的实现依赖数据库的事务来实现回滚。AT模式通过快照来实现数据回滚。
  3. XA模式是强一致性。AT模式是最终一致性。

Seata使用AT模式 ​

如果要使用Seata的AT模式,要满足以下条件:

  1. Seata的服务端的存储模式要设置为db。参考上面的文章内容来设置。
  2. Seata的客户端(服务)中要新增一张undo_log表。即涉及到分布式事务的服务都需要关联undo_log表。

undo_log表的建表脚本如下。要注意版本,后续版本可能会变。

sql
create table undo_log
(
	branch_id bigint not null comment 'branch transaction id',
	xid varchar(100) not null comment 'global transaction id',
	context varchar(128) not null comment 'undo_log context,such as serialization',
	rollback_info longblob not null comment 'rollback info',
	log_status int not null comment '0:normal status,1:defense status',
	log_created datetime(6) not null comment 'create datetime',
	log_modified datetime(6) not null comment 'modify datetime',
	constraint ux_undo_log
		unique (xid, branch_id)
)
comment 'AT transaction mode undo table' charset=utf8;
  1. 修改Seata的客户端的配置文件。
yaml
# 开启seata的AT模式
seata:
  data-source-proxy-mode: AT
  1. 给分布式事务的入口方法添加@GlobalTransactional注解即可。
java
//buy方法就是分布式事务的入口方法。该方法需要调用多个服务,多个数据库。
@GlobalTransactional
public void buy(){
  //调用订单服务,创建订单
  orderService.create();
  //调用支付服务,进行支付
  payService.toPay();
  //调用库存服务,扣减库存
  //......
}

TCC模式(Try、Confirm 和 Cancel) ​

TCC模式需要用户根据自己的业务场景实现 Try、Confirm 和 Cancel 三个方法。

  • Try:用来进行资源的检测和预留;
  • Confirm:执行的业务操作提交;
  • Cancel:预留资源释放;

分支事务在一阶段执行 Try 方法。在二阶段提交执行 Confirm 方法。如果一阶段错误,那么二阶段回滚执行 Cancel 方法。

seata_20231214222438.png

TCC的优点

  1. 阶段1就提交了事务。不占用数据库资源,性能好。
  2. 相比AT模型,没有生成快照,全局锁,性能好。
  3. 不依赖数据库的事务机制。可以适用非关系型数据库。

TCC的缺点

  1. 有代码侵入,需要额外编写Try、Confirm 和 Cancel 三个方法。

TCC模式中的空回滚和业务悬挂问题 ​

空回滚

空回滚是指:当某个分支事务A阻塞的时候。可能导致这个分支事务A超时,从而触发整个分布式事务的回滚。

由于分支事务A超时,其并没有执行业务逻辑操作。如果分支事务A执行了回滚操作,那么这个回滚操作就是空回滚。

seata_20231214224909.png

总结:空回滚是指某个分支事务没有执行try方法的情况下,执行了cancel方法。

业务悬挂

当分布式事务结束的情况下。对于进入阻塞状态的分支事务,突然不阻塞了,又开始执行try方法。由于分布式事务已经结束,并且又执行了一次try方法。那么这种情况下就是业务悬挂。

因此应当避免分支事务在空回滚后的try操作。避免这个分支事务产生业务悬挂。

Saga模式 ​

Saga模式是Seata提供的长分布式事务的解决方案。

  • 阶段1:直接提交事务。
  • 阶段2:如果事务都提交成功了,则什么都不做。如果提交失败了,则通过人工编码来进行业务回滚。

Saga模式的流程图 seata20220822230419.png

上图T1-T3都是正向的业务流程,都对应着一个逆向操作C1-C3。在分布式事务执行过程中,依次执行正向操作,如果所有正向操作均执行成功,那么分布式事务提交。如果任何一个正向操作执行失败,那么分布式事务会退回去执行前面参与者的逆向回滚操作,回滚已提交的参与者,使分布式事务回到初始状态。

Saga模式的优点

  1. 阶段1就进行事务提交,无锁,高性能;
  2. 分支事务可以异步执行逆向回滚操作,高性能。
  3. 补偿服务即正向服务的“反向”,易于理解,易于实现;

Saga模式的缺点

  1. 由于阶段1就提交了事务,因此没有锁,没有事务隔离,会有脏写问题。

4种模式的对比 ​

seata_20231214233424.png