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Spring进阶 - Spring事务原理

MrJason...大约 13 分钟

Spring进阶 - Spring事务原理

1. Spring事务的基本原理

Spring事务的本质其实就是数据库对事务的支持，没有数据库的事务支持，spring是无法提供事务功能的。对于纯JDBC操作数据库，想要用到事务，可以按照以下步骤进行：

  1. 获取连接 Connection con = DriverManager.getConnection()
  2. 开启事务con.setAutoCommit(true/false);
  3. 执行CRUD
  4. 提交事务/回滚事务 con.commit() / con.rollback();
  5. 关闭连接 conn.close();

使用Spring的事务管理功能后，我们可以不再写步骤 2 和 4 的代码，而是由Spirng 自动完成。那么Spring是如何在我们书写的 CRUD 之前和之后开启事务和关闭事务的呢？解决这个问题，也就可以从整体上理解Spring的事务管理实现原理了。

1.1 Spring事务 使用案例

下面简单地介绍下，注解方式为例子

  1. 配置文件开启注解驱动，在相关的类和方法上通过注解@Transactional标识。
  2. spring 在启动的时候会去解析生成相关的bean，这时候会查看拥有相关注解的类和方法，并且为这些类和方法生成代理，并根据@Transaction的相关参数进行相关配置注入，这样就在代理中为我们把相关的事务处理掉了（开启正常提交事务，异常回滚事务）。
  3. 真正的数据库层的事务提交和回滚是通过binlog或者redo log实现的。

2. Spring的事务机制（PlatformTransactionManager接口）

所谓事务管理，其实就是“按照给定的事务规则来执行提交或者回滚操作”。

Spring并不直接管理事务，而是提供了多种事务管理器 ，他们将事务管理的职责委托给Hibernate或者JTA等持久化机制所提供的相关平台框架的事务来实现。 Spring事务管理器的接口是： org.springframework.transaction.PlatformTransactionManager ，通过这个接口，Spring为各个平台如JDBC、Hibernate等都提供了对应的事务管理器，但是具体的实现就是各个平台自己的事情了。

2.1 各平台事务管理器

数据访问技术实现
JDBCDataSourceTransactionManager
JPAJapTransactionManager
HibernateHibernateTransactionManager
JDOJdoTransactionManager
分布式事务JtaTransactionManager

在程序中定义事务管理器的代码如下：

@Bean 
public PlatformTransactionManager transactionManager() { 

 JpaTransactionManager transactionManager = new JpaTransactionManager(); 
 transactionManager.setDataSource(dataSource()); 
 return transactionManager; 
}

2.2 PlatformTransactionManager接口代码如下：

PlatformTransactionManager接口中定义了三个方法：

Public interface PlatformTransactionManager()...{  
    // Return a currently active transaction or create a new one, according to the specified propagation behavior（根据指定的传播行为，返回当前活动的事务或创建一个新事务。）
    TransactionStatus getTransaction(TransactionDefinition definition) throws TransactionException; 
    // Commit the given transaction, with regard to its status（使用事务目前的状态提交事务）
    Void commit(TransactionStatus status) throws TransactionException;  
    // Perform a rollback of the given transaction（对执行的事务进行回滚）
    Void rollback(TransactionStatus status) throws TransactionException;  
    }

3. 声名式事务

Spring支持声名式事务，即使用注解来选择需要使用事务的方法，它使用@Transactional注解在方法上表明该方法需要事务支持。这是一个基于AOP的实现操作。

@Transactional 
public void saveSomething(Long  id, String name) { 
    //数据库操作 
}

在此处需要特别注意的是，此@Transactional注解来自org.springframework.transaction.annotation包，而不是javax.transaction。

3.1 AOP 代理的两种实现：

  • jdk是代理接口

    注：私有方法必然不会存在在接口里，所以就不会被拦截到；

  • cglib是子类

    注：private的方法照样不会出现在子类里，也不能被拦截。

3.1.1 Java 动态代理。

具体有如下四步骤：

  1. 通过实现 InvocationHandler 接口创建自己的调用处理器；
  2. 通过为 Proxy 类指定 ClassLoader 对象和一组 interface 来创建动态代理类；
  3. 通过反射机制获得动态代理类的构造函数，其唯一参数类型是调用处理器接口类型；
  4. 通过构造函数创建动态代理类实例，构造时调用处理器对象作为参数被传入。

3.1.2 GCLIB代理

cglib（Code Generation Library）是一个强大的,高性能,高质量的Code生成类库。它可以在运行期扩展Java类与实现Java接口。

  • cglib封装了asm，可以在运行期动态生成新的class（子类）。
  • cglib用于AOP，jdk中的proxy必须基于接口，cglib却没有这个限制。

3.1.3 原理区别：

java动态代理是利用反射机制生成一个实现代理接口的匿名类，在调用具体方法前调用InvokeHandler来处理。而cglib动态代理是利用asm开源包，对代理对象类的class文件加载进来，通过修改其字节码生成子类来处理。

  1. 如果目标对象实现了接口，默认情况下会采用JDK的动态代理实现AOP
  2. 如果目标对象实现了接口，可以强制使用CGLIB实现AOP
  3. 如果目标对象没有实现了接口，必须采用CGLIB库，spring会自动在JDK动态代理和CGLIB之间转换

如果是类内部方法直接不是走代理，这个时候可以通过维护一个自身实例的代理。

@Service
public class PersonServiceImpl implements PersonService {
    @Autowired
    PersonRepository personRepository;

    // 注入自身代理对象，在本类内部方法调用事务的传递性才会生效
    @Autowired
    PersonService selfProxyPersonService;

    /**
     * 测试事务的传递性
     *
     * @param person
     * @return
     */
    @Transactional
    public Person save(Person person) {
        Person p = personRepository.save(person);
        try {
            // 新开事务 独立回滚
            selfProxyPersonService.delete();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        try {
            // 使用当前事务 全部回滚
            selfProxyPersonService.save2(person);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        personRepository.save(person);

        return p;
    }

    @Transactional
    public void save2(Person person) {
        personRepository.save(person);
        throw new RuntimeException();
    }

    @Transactional(propagation = Propagation.REQUIRES_NEW)
    public void delete() {
        personRepository.delete(1L);
        throw new RuntimeException();
    }
}

4. Spring 事务的传播属性

所谓spring事务的传播属性，就是定义在存在多个事务同时存在的时候，spring应该如何处理这些事务的行为。这些属性在TransactionDefinition中定义，具体常量的解释见下表：

常量名称常量解释
PROPAGATION_REQUIRED支持当前事务，如果当前没有事务，就新建一个事务。这是最常见的选择，也是 Spring 默认的事务的传播。
PROPAGATION_REQUIRES_NEW新建事务，如果当前存在事务，把当前事务挂起。新建的事务将和被挂起的事务没有任何关系，是两个独立的事务，外层事务失败回滚之后，不能回滚内层事务执行的结果，内层事务失败抛出异常，外层事务捕获，也可以不处理回滚操作
PROPAGATION_SUPPORTS支持当前事务，如果当前没有事务，就以非事务方式执行。
PROPAGATION_MANDATORY支持当前事务，如果当前没有事务，就抛出异常。
PROPAGATION_NOT_SUPPORTED以非事务方式执行操作，如果当前存在事务，就把当前事务挂起。
PROPAGATION_NEVER以非事务方式执行，如果当前存在事务，则抛出异常。
PROPAGATION_NESTED如果一个活动的事务存在，则运行在一个嵌套的事务中。如果没有活动事务，则按REQUIRED属性执行。它使用了一个单独的事务，这个事务拥有多个可以回滚的保存点。内部事务的回滚不会对外部事务造成影响。它只对DataSourceTransactionManager事务管理器起效。

5. 数据库隔离级别

隔离级别隔离级别的值导致的问题
Read-Uncommitted0可能会导致脏读、幻读或不可重复读
Read-Committed1可以阻止脏读，但是幻读或不可重复读仍有可能发生
Repeatable-Read2可以阻止脏读和不可重复读，但幻读仍有可能发生。
Serializable3该级别可以防止脏读、不可重复读以及幻读。但是这将严重影响程序的性能

脏读：一事务对数据进行了增删改，但未提交，另一事务可以读取到未提交的数据。如果第一个事务这时候回滚了，那么第二个事务就读到了脏数据。

不可重复读：一个事务中发生了两次读操作，第一次读操作和第二次操作之间，另外一个事务对数据进行了修改，这时候两次读取的数据是不一致的。

幻读：第一个事务对一定范围的数据进行批量修改，第二个事务在这个范围增加一条数据，这时候第一个事务就会丢失对新增数据的修改。

总结：

隔离级别越高，越能保证数据的完整性和一致性，但是对并发性能的影响也越大。

大多数的数据库默认隔离级别为 Read Commited，比如 SqlServer、Oracle

少数数据库默认隔离级别为：Repeatable Read 比如：MySQL InnoDB

6. Spring中的隔离级别

常量解释
ISOLATION_DEFAULT这是个 PlatfromTransactionManager 默认的隔离级别，使用数据库默认的事务隔离级别。另外四个与 JDBC 的隔离级别相对应。
ISOLATION_READ_UNCOMMITTED这是事务最低的隔离级别，它充许另外一个事务可以看到这个事务未提交的数据。这种隔离级别会产生脏读，不可重复读和幻像读。
ISOLATION_READ_COMMITTED保证一个事务修改的数据提交后才能被另外一个事务读取。另外一个事务不能读取该事务未提交的数据。
ISOLATION_REPEATABLE_READ这种事务隔离级别可以防止脏读，不可重复读。但是可能出现幻像读。
ISOLATION_SERIALIZABLE这是花费最高代价但是最可靠的事务隔离级别。事务被处理为顺序执行。

7. 事务的嵌套

通过上面的理论知识的铺垫，我们大致知道了数据库事务和spring事务的一些属性和特点，接下来我们通过分析一些嵌套事务的场景，来深入理解spring事务传播的机制。

假设外层事务 Service A 的 Method A() 调用 内层Service B 的 Method B()

7.1 PROPAGATION_REQUIRED(spring 默认)

如果ServiceB.methodB() 的事务级别定义为 PROPAGATION_REQUIRED，那么执行 ServiceA.methodA() 的时候spring已经起了事务，这时调用 ServiceB.methodB()，ServiceB.methodB() 看到自己已经运行在 ServiceA.methodA() 的事务内部，就不再起新的事务。

假如 ServiceB.methodB() 运行的时候发现自己没有在事务中，他就会为自己分配一个事务。

这样，在 ServiceA.methodA() 或者在 ServiceB.methodB() 内的任何地方出现异常，事务都会被回滚。

7.2 PROPAGATION_REQUIRES_NEW

比如我们设计 ServiceA.methodA() 的事务级别为 PROPAGATION_REQUIRED，ServiceB.methodB() 的事务级别为 PROPAGATION_REQUIRES_NEW。

那么当执行到 ServiceB.methodB() 的时候，ServiceA.methodA() 所在的事务就会挂起，ServiceB.methodB() 会起一个新的事务，等待 ServiceB.methodB() 的事务完成以后，它才继续执行。

他与 PROPAGATION_REQUIRED 的事务区别在于事务的回滚程度了。因为 ServiceB.methodB() 是新起一个事务，那么就是存在两个不同的事务。如果 ServiceB.methodB() 已经提交，那么 ServiceA.methodA() 失败回滚，ServiceB.methodB() 是不会回滚的。如果 ServiceB.methodB() 失败回滚，如果他抛出的异常被 ServiceA.methodA() 捕获，ServiceA.methodA() 事务仍然可能提交(主要看B抛出的异常是不是A会回滚的异常)。

7.3 PROPAGATION_SUPPORTS

假设ServiceB.methodB() 的事务级别为 PROPAGATION_SUPPORTS，那么当执行到ServiceB.methodB()时，如果发现ServiceA.methodA()已经开启了一个事务，则加入当前的事务，如果发现ServiceA.methodA()没有开启事务，则自己也不开启事务。这种时候，内部方法的事务性完全依赖于最外层的事务。

7.4 PROPAGATION_NESTED

现在的情况就变得比较复杂了, ServiceB.methodB() 的事务属性被配置为 PROPAGATION_NESTED, 此时两者之间又将如何协作呢? ServiceB#methodB 如果 rollback, 那么内部事务(即 ServiceB#methodB) 将回滚到它执行前的 SavePoint 而外部事务(即 ServiceA#methodA) 可以有以下两种处理方式:

a、捕获异常，执行异常分支逻辑

void methodA() { 

        try { 

            ServiceB.methodB(); 

        } catch (SomeException) { 

            // 执行其他业务, 如 ServiceC.methodC(); 

        } 

    }

这种方式也是嵌套事务最有价值的地方, 它起到了分支执行的效果, 如果 ServiceB.methodB 失败, 那么执行 ServiceC.methodC(), 而 ServiceB.methodB 已经回滚到它执行之前的 SavePoint, 所以不会产生脏数据(相当于此方法从未执行过), 这种特性可以用在某些特殊的业务中, 而 PROPAGATION_REQUIRED 和 PROPAGATION_REQUIRES_NEW 都没有办法做到这一点。

b、 外部事务回滚/提交 代码不做任何修改, 那么如果内部事务(ServiceB#methodB) rollback, 那么首先 ServiceB.methodB 回滚到它执行之前的 SavePoint(在任何情况下都会如此), 外部事务(即 ServiceA#methodA) 将根据具体的配置决定自己是 commit 还是 rollback

另外三种事务传播属性基本用不到，在此不做分析。

8.Spring Boot 对事务的支持

通过org.springframework.boot.autoconfigure.transaction.TransactionAutoConfiguration类。我们可以看出Spring Boot自动开启了对注解事务的支持 Spring

9. 只读事务（@Transactional(readOnly = true)）的一些概念

  • 概念：

从这一点设置的时间点开始（时间点a）到这个事务结束的过程中，其他事务所提交的数据，该事务将看不见！（查询中不会出现别人在时间点a之后提交的数据）。

@Transcational(readOnly=true) 这个注解一般会写在业务类上，或者其方法上，用来对其添加事务控制。当括号中添加readOnly=true, 则会告诉底层数据源，这个是一个只读事务，对于JDBC而言，只读事务会有一定的速度优化。而这样写的话，事务控制的其他配置则采用默认值，事务的隔离级别(isolation) 为DEFAULT,也就是跟随底层数据源的隔离级别，事务的传播行为(propagation)则是REQUIRED，所以还是会有事务存在，一代在代码中抛出RuntimeException，依然会导致事务回滚。

  • 应用场合：
  1. 如果你一次执行单条查询语句，则没有必要启用事务支持，数据库默认支持SQL执行期间的读一致性；
  2. 如果你一次执行多条查询语句，例如统计查询，报表查询，在这种场景下，多条查询SQL必须保证整体的读一致性，否则，在前条SQL查询之后，后条SQL查询之前，数据被其他用户改变，则该次整体的统计查询将会出现读数据不一致的状态，此时，应该启用事务支持。

10. 总结

对于项目中需要使用到事务的地方，我建议开发者还是使用spring的TransactionCallback接口来实现事务，不要盲目使用spring事务注解，如果一定要使用注解，那么一定要对spring事务的传播机制和隔离级别有个详细的了解，否则很可能发生意想不到的效果。

参考文章

深入理解Spring事务原理

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