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深入理解 Spring 事务原理

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 xiaolyuh
发布于 09/21 17:12
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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。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。

Spring的事务机制

所有的数据访问技术都有事务处理机制,这些技术提供了API用来开启事务、提交事务来完成数据操作,或者在发生错误的时候回滚数据。

而Spring的事务机制是用统一的机制来处理不同数据访问技术的事务处理。Spring的事务机制提供了一个PlatformTransactionManager接口,不同的数据访问技术的事务使用不同的接口实现,如表所示。

数据访问技术及实现

数据访问技术 实现
JDBC DataSourceTransactionManager
JPA JapTransactionManager
Hibernate HibernateTransactionManager
JDO JdoTransactionManager
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; 
}

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。

AOP 代理的两种实现:

  • jdk是代理接口,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,private的方法照样不会出现在子类里,也不能被拦截。

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。

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。

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();
    }
}

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。

数据库隔离级别

隔离级别 隔离级别的值 导致的问题
Read-Uncommitted 0 导致脏读
Read-Committed 1 避免脏读,允许不可重复读和幻读
Repeatable-Read 2 避免脏读,不可重复读,允许幻读
Serializable 3 串行化读,事务只能一个一个执行,避免了脏读、不可重复读、幻读。执行效率慢,使用时慎重

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

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。

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()

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。

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)。

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。

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。

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。

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

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。

【注意是一次执行多次查询来统计某些信息,这时为了保证数据整体的一致性,要用只读事务】

参考: http://www.codeceo.com/article/spring-transactions.html http://www.cnblogs.com/fenglie/articles/4097759.html https://www.zhihu.com/question/39074428/answer/88581202 http://blog.csdn.net/andyzhaojianhui/article/details/51984157

© 著作权归作者所有

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