深入理解 Spring 的事務原理

巔峰大詞典發表於2020-06-12
Spring

如果有選擇，那就選擇最好的；如果沒有選擇，那就努力做到最好。

Spring事務的基本原理

Spring事務的本質其實就是資料庫對事務的支援，沒有資料庫的事務支援，spring是無法提供事務功能的。對於純JDBC運算元據庫，想要用到事務，可以按照以下步驟進行：

  1. 獲取連線 Connection con = DriverManager.getConnection()
  2. 開啟事務con.setAutoCommit(true/false);
  3. 執行CRUD
  4. 提交事務/回滾事務 con.commit() / con.rollback();
  5. 關閉連線 conn.close();

使用Spring的事務管理功能後，我們可以不再寫步驟 2 和 4 的程式碼，而是由Spirng 自動完成。那麼Spring是如何在我們書寫的 CRUD 之前和之後開啟事務和關閉事務的呢？解決這個問題，也就可以從整體上理解Spring的事務管理實現原理了。

下面簡單地介紹下，註解方式為例子

  1. 配置檔案開啟註解驅動，在相關的類和方法上通過註解@Transactional標識。
  2. spring 在啟動的時候會去解析生成相關的bean，這時候會檢視擁有相關注解的類和方法，並且為這些類和方法生成代理，並根據@Transaction的相關引數進行相關配置注入，這樣就在代理中為我們把相關的事務處理掉了（開啟正常提交事務，異常回滾事務）。
  3. 真正的資料庫層的事務提交和回滾是通過binlog或者redo log實現的。

Spring的事務機制

所有的資料訪問技術都有事務處理機制，這些技術提供了API用來開啟事務、提交事務來完成資料操作，或者在發生錯誤的時候回滾資料。

而Spring的事務機制是用統一的機制來處理不同資料訪問技術的事務處理。Spring的事務機制提供了一個PlatformTransactionManager介面，不同的資料訪問技術的事務使用不同的介面實現，如表所示。

資料訪問技術及實現
微信圖片_20200609094342.jpg
在程式中定義事務管理器的程式碼如下：

@Bean
public PlatformTransactionManager transactionManager() {
    JpaTransactionManager transactionManager = new JpaTransactionManager();
    transactionManager.setDataSource(dataSource());
    return transactionManager;
}

宣告式事務

Spring支援宣告式事務，即使用註解來選擇需要使用事務的方法，它使用@Transactional註解在方法上表明該方法需要事務支援。這是一個基於AOP的實現操作。

@Transactional
public void saveSomething(Long id, String name) {
    //資料庫操作 
}

在此處需要特別注意的是，此@Transactional註解來自org.springframework.transaction.annotation包，而不是javax.transaction。

AOP 代理的兩種實現：

  • jdk是代理介面，私有方法必然不會存在在介面裡，所以就不會被攔截到；
  • cglib是子類，private的方法照樣不會出現在子類裡，也不能被攔截。

Java 動態代理。

具體有如下四步驟：

  1. 通過實現 InvocationHandler 介面建立自己的呼叫處理器；
  2. 通過為 Proxy 類指定 ClassLoader 物件和一組 interface 來建立動態代理類；
  3. 通過反射機制獲得動態代理類的建構函式，其唯一引數型別是呼叫處理器介面型別；
  4. 通過建構函式建立動態代理類例項，構造時呼叫處理器物件作為引數被傳入。

GCLIB代理

cglib（Code Generation Library）是一個強大的,高效能,高質量的Code生成類庫。它可以在執行期擴充套件Java類與實現Java介面。

  • cglib封裝了asm，可以在執行期動態生成新的class（子類）。
  • cglib用於AOP，jdk中的proxy必須基於介面，cglib卻沒有這個限制。

原理區別：

java動態代理是利用反射機制生成一個實現代理介面的匿名類，在呼叫具體方法前呼叫InvokeHandler來處理。而cglib動態代理是利用asm開源包，對代理物件類的class檔案載入進來，通過修改其位元組碼生成子類來處理。

  1. 如果目標物件實現了介面，預設情況下會採用JDK的動態代理實現AOP
  2. 如果目標物件實現了介面，可以強制使用CGLIB實現AOP
  3. 如果目標物件沒有實現了介面，必須採用CGLIB庫，spring會自動在JDK動態代理和CGLIB之間轉換

如果是類內部方法直接不是走代理，這個時候可以通過維護一個自身例項的代理。

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

    // 注入自身代理物件，在本類內部方法呼叫事務的傳遞性才會生效
    @Autowired
    PersonService selfProxyPersonService;

    /**
     * 測試事務的傳遞性
     *
     * @param person
     * @return
     */
    @Transactional
    public Person save(Person person) {
        Person p = personRepository.save(person);
        try {
            // 新開事務 獨立回滾
            selfProxyPersonService.delete();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        try {
            // 使用當前事務 全部回滾
            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 事務的傳播屬性

所謂spring事務的傳播屬性，就是定義在存在多個事務同時存在的時候，spring應該如何處理這些事務的行為。這些屬性在TransactionDefinition中定義，具體常量的解釋見下表：
微信圖片_20200609094557.png
資料庫隔離級別
微信圖片_20200609094622.png
髒讀：一事務對資料進行了增刪改，但未提交，另一事務可以讀取到未提交的資料。如果第一個事務這時候回滾了，那麼第二個事務就讀到了髒資料。

不可重複讀：一個事務中發生了兩次讀操作，第一次讀操作和第二次操作之間，另外一個事務對資料進行了修改，這時候兩次讀取的資料是不一致的。

幻讀：第一個事務對一定範圍的資料進行批量修改，第二個事務在這個範圍增加一條資料，這時候第一個事務就會丟失對新增資料的修改。

總結：

隔離級別越高，越能保證資料的完整性和一致性，但是對併發效能的影響也越大。

大多數的資料庫預設隔離級別為 Read Commited，比如 SqlServer、Oracle

少數資料庫預設隔離級別為：Repeatable Read 比如：MySQL InnoDB

Spring中的隔離級別

微信圖片_20200609094659.png

事務的巢狀

通過上面的理論知識的鋪墊，我們大致知道了資料庫事務和spring事務的一些屬性和特點，接下來我們通過分析一些巢狀事務的場景，來深入理解spring事務傳播的機制。

假設外層事務 Service A 的 Method A() 呼叫 內層Service B 的 Method B()

PROPAGATION_REQUIRED(spring 預設)

如果ServiceB.methodB() 的事務級別定義為 PROPAGATION_REQUIRED，那麼執行 ServiceA.methodA() 的時候spring已經起了事務，這時呼叫 ServiceB.methodB()，ServiceB.methodB() 看到自己已經執行在 ServiceA.methodA() 的事務內部，就不再起新的事務。

假如 ServiceB.methodB() 執行的時候發現自己沒有在事務中，他就會為自己分配一個事務。

這樣，在 ServiceA.methodA() 或者在 ServiceB.methodB() 內的任何地方出現異常，事務都會被回滾。

PROPAGATION_REQUIRES_NEW

比如我們設計 ServiceA.methodA() 的事務級別為 PROPAGATION_REQUIRED，ServiceB.methodB() 的事務級別為 PROPAGATION_REQUIRES_NEW。

那麼當執行到 ServiceB.methodB() 的時候，ServiceA.methodA() 所在的事務就會掛起，ServiceB.methodB() 會起一個新的事務，等待 ServiceB.methodB() 的事務完成以後，它才繼續執行。

他與 PROPAGATION_REQUIRED 的事務區別在於事務的回滾程度了。因為 ServiceB.methodB() 是新起一個事務，那麼就是存在兩個不同的事務。如果 ServiceB.methodB() 已經提交，那麼 ServiceA.methodA() 失敗回滾，ServiceB.methodB() 是不會回滾的。如果 ServiceB.methodB() 失敗回滾，如果他丟擲的異常被 ServiceA.methodA() 捕獲，ServiceA.methodA() 事務仍然可能提交(主要看B丟擲的異常是不是A會回滾的異常)。

PROPAGATION_SUPPORTS

假設ServiceB.methodB() 的事務級別為 PROPAGATION_SUPPORTS，那麼當執行到ServiceB.methodB()時，如果發現ServiceA.methodA()已經開啟了一個事務，則加入當前的事務，如果發現ServiceA.methodA()沒有開啟事務，則自己也不開啟事務。這種時候，內部方法的事務性完全依賴於最外層的事務。

PROPAGATION_NESTED

現在的情況就變得比較複雜了, ServiceB.methodB() 的事務屬性被配置為 PROPAGATION_NESTED, 此時兩者之間又將如何協作呢? ServiceB#methodB 如果 rollback, 那麼內部事務(即 ServiceB#methodB) 將回滾到它執行前的 SavePoint 而外部事務(即 ServiceA#methodA) 可以有以下兩種處理方式:

a、捕獲異常，執行異常分支邏輯

void methodA() {
    try {
        ServiceB.methodB();
    } catch (SomeException) {
        // 執行其他業務, 如 ServiceC.methodC(); 
    }
}

這種方式也是巢狀事務最有價值的地方, 它起到了分支執行的效果, 如果 ServiceB.methodB 失敗, 那麼執行 ServiceC.methodC(), 而 ServiceB.methodB 已經回滾到它執行之前的 SavePoint, 所以不會產生髒資料(相當於此方法從未執行過), 這種特性可以用在某些特殊的業務中, 而 PROPAGATION_REQUIRED 和 PROPAGATION_REQUIRES_NEW 都沒有辦法做到這一點。

b、 外部事務回滾/提交 程式碼不做任何修改， 那麼如果內部事務(ServiceB#methodB) rollback, 那麼首先 ServiceB.methodB 回滾到它執行之前的 SavePoint(在任何情況下都會如此), 外部事務(即 ServiceA#methodA) 將根據具體的配置決定自己是 commit 還是 rollback

另外三種事務傳播屬性基本用不到，在此不做分析。

總結

對於專案中需要使用到事務的地方，我建議開發者還是使用spring的TransactionCallback介面來實現事務，不要盲目使用spring事務註解，如果一定要使用註解，那麼一定要對spring事務的傳播機制和隔離級別有個詳細的瞭解，否則很可能發生意想不到的效果。

Spring Boot 對事務的支援

通過org.springframework.boot.autoconfigure.transaction.TransactionAutoConfiguration類。我們可以看出Spring Boot自動開啟了對註解事務的支援 Spring

只讀事務（@Transactional(readOnly = true)）的一些概念

概念：

從這一點設定的時間點開始（時間點a）到這個事務結束的過程中，其他事務所提交的資料，該事務將看不見！（查詢中不會出現別人在時間點a之後提交的資料）。

@Transcational(readOnly=true) 這個註解一般會寫在業務類上，或者其方法上，用來對其新增事務控制。當括號中新增readOnly=true, 則會告訴底層資料來源，這個是一個只讀事務，對於JDBC而言，只讀事務會有一定的速度優化。

而這樣寫的話，事務控制的其他配置則採用預設值，事務的隔離級別(isolation) 為DEFAULT,也就是跟隨底層資料來源的隔離級別，事務的傳播行為(propagation)則是REQUIRED，所以還是會有事務存在，一代在程式碼中丟擲RuntimeException，依然會導致事務回滾。

應用場合：

  • 如果你一次執行單條查詢語句，則沒有必要啟用事務支援，資料庫預設支援SQL執行期間的讀一致性；
  • 如果你一次執行多條查詢語句，例如統計查詢，報表查詢，在這種場景下，多條查詢SQL必須保證整體的讀一致性，否則，在前條SQL查詢之後，後條SQL查詢之前，資料被其他使用者改變，則該次整體的統計查詢將會出現讀資料不一致的狀態，此時，應該啟用事務支援。

【注意是一次執行多次查詢來統計某些資訊，這時為了保證資料整體的一致性，要用只讀事務】

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