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Spring 事务原理详解

什么是事务(Transaction)

事务(Transaction)是访问并可能更新数据库中各种数据项的一个程序执行单元(unit)。
事务是恢复和并发控制的基本单位。 事务应该具有 4 个属性：原子性、一致性、隔离性、持久性。这四个属性通常称为 ACID 特性。

  • 原子性（atomicity）：一个事务是一个不可分割的工作单位，事务中包括的诸操作要么都做，要么都 不做。
  • 一致性（consistency）：事务必须是使数据库从一个一致性状态变到另一个一致性状态。一致性与原 子性是密切相关的。
  • 隔离性（isolation）：一个事务的执行不能被其他事务干扰。即一个事务内部的操作及使用的数据对 并发的其他事务是隔离的，并发执行的各个事务之间不能互相干扰。
  • 持久性（durability）：持久性也称永久性（permanence），指一个事务一旦提交，它对数据库中数据 的改变就应该是永久性的。接下来的其他操作或故障不应该对其有任何影响。

插入

  1. 先把要插入的数据放入临时表
  2. 将临时表中数据插入实际表中去
  3. 如果没问题，就复制一份到实际表中，并将临时表中的数据删除
  4. 如果有问题，返回错误信息，临时表清空

删除

  1. 先根据条件从原始表中查询来满足条件的数据行
  2. 将这些数据行复制一份到临时表
  3. 执行删除，如果出现错误，原来的数据原封不动，清空临时表中满足本次条件的记录，返回错误码
  4. 如果执行成功，真正的干掉原始表中的记录。返回影响行数

事务操作的基本流程

  1. 事务开启(open)
  2. 执行事务(execute)
  3. 提交事务（自动提交 AutoCommit/手动提交(CustomCommit)）、事务回滚（rollback）（如果出现错误）
  4. 关闭事务(close)

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-Uncommitted0导致脏读
Read-Committed1避免脏读，允许不可重复读和幻读（默认的）
Repeatable-Read2避免脏读，不可重复读，允许幻读
Serializable3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

常量名称常量解释
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:

  • 捕获异常，执行异常分支逻辑
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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。

  • 外部事务回滚/提交 代码不做任何修改
    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。

Spring事务源码分析

分析源码之前先来看一张图

紧接着，我们来看一看 Spring 事务是如何配置的，找找程序的入口到底在哪里。通常来说，我们都是
这样子来配置的 Spring 声明式事务的。

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<aop:aspectj-autoproxy proxy-target-class="true"/>
    <!--
    1、数据源：不管是哪个厂商都要是实现 DataSource 接口，拿到实际上就是包含了 Connection 对象
    2、使用 Spring 给我们提供的工具类 TransactionMagager 事务管理器，来管理所有的 事务操作(肯定要拿到连
    接对象)
    -->
    <bean id="transactionManager"
        class="org.springframework.jdbc.datasource.DataSourceTransactionManager">
        <property name="dataSource" ref="dataSource"/>
    </bean>
    <tx:annotation-driven transaction-manager="transactionManager"/>
    <!-- 3、利用切面编程来实现对某一类方法进行事务统一管理(声明式事务) -->
    <aop:config>
        <aop:pointcut expression="execution(public * com.gupaoedu.vip..*.service..*Service.*(..))" id="transactionPointcut"/>
        <aop:advisor pointcut-ref="transactionPointcut" advice-ref="transactionAdvice"/>
    </aop:config>
    <!-- 4、配置通知规则 -->
    <tx:advice id="transactionAdvice" transaction-manager="transactionManager">
        <tx:attributes>
            <tx:method name="add*" propagation="REQUIRED" rollback-for="Exception,RuntimeException"/>
            <tx:method name="remove*" propagation="REQUIRED" rollback-for="Exception,RuntimeException"/>
            <tx:method name="modify*" propagation="REQUIRED" rollback-for="Exception,RuntimeException"/>
            <tx:method name="login" propagation="REQUIRED"/>
            <tx:method name="query*" read-only="true"/>
        </tx:attributes>
    </tx:advice>

以上的配置相信很多人已经很熟悉了，在此不赘述。而是具体分析一下原理。

先来分析<tx:advice>...</tx:advice>
tx 是 TransactionNameSpace。对应的是 handler 是 TxNamespaceHandler
这个类一个 init 方法：

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public class TxNamespaceHandler extends NamespaceHandlerSupport {
	public void init() {
		registerBeanDefinitionParser("advice", new TxAdviceBeanDefinitionParser());
		registerBeanDefinitionParser("annotation-driven", new AnnotationDrivenBeanDefinitionParser());
		registerBeanDefinitionParser("jta-transaction-manager", new JtaTransactionManagerBeanDefinitionParser());
	}
}

这个方法是在 DefaultNamespaceHandlerResolver 的 resolve 中调用的。在为对应的标签寻找 namespacehandler 的时候，
调用这个 resolve 方法。resolve 方法先寻找 namespaceUri 对应的 namespacehandler,如果找到了就先调用 Init 方法。

OK.我们的tx:advice对应的解析器也注册了，那就是上面代码里面的。现在这个 parser 的 parse 方法在
NamespaceHandlerSupport 的 parse 方法中被调用了，下面我们来看看这个 TxAdviceBeanDefinitionParser 的 parse 方法吧，
这个方法在 TxAdviceBeanDefinitionParser 的祖父类 AbstractBeanDefinitionParser 中：

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public final BeanDefinition parse(Element element, ParserContext parserContext) {
    // 注意这一行
    AbstractBeanDefinition definition = parseInternal(element, parserContext);
    if (definition != null && !parserContext.isNested()) {
        try {
            String id = resolveId(element, definition, parserContext);
            if (!StringUtils.hasText(id)) {
                parserContext.getReaderContext().error(
                        "Id is required for element '" + parserContext.getDelegate().getLocalName(element)
                                + "' when used as a top-level tag", element);
            }
            String[] aliases = new String[0];
            String name = element.getAttribute(NAME_ATTRIBUTE);
            if (StringUtils.hasLength(name)) {
                aliases = StringUtils.trimArrayElements(StringUtils.commaDelimitedListToStringArray(name));
            }
            BeanDefinitionHolder holder = new BeanDefinitionHolder(definition, id, aliases);
            registerBeanDefinition(holder, parserContext.getRegistry());
            if (shouldFireEvents()) {
                BeanComponentDefinition componentDefinition = new BeanComponentDefinition(holder);
                postProcessComponentDefinition(componentDefinition);
                parserContext.registerComponent(componentDefinition);
            }
        }
        catch (BeanDefinitionStoreException ex) {
            parserContext.getReaderContext().error(ex.getMessage(), element);
            return null;
        }
    }
    return definition;
}

注意 parseInternal()方法是在 TxAdviceBeanDefinitionParser 的父类 AbstractSingleBeanDefinitionParser 中实现的，代码如
下：

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protected final AbstractBeanDefinition parseInternal(Element element, ParserContext parserContext) {
    BeanDefinitionBuilder builder = BeanDefinitionBuilder.genericBeanDefinition();
    String parentName = getParentName(element);
    if (parentName != null) {
        builder.getRawBeanDefinition().setParentName(parentName);
    }
    // 获取被代理的对象
    Class<?> beanClass = getBeanClass(element);
    if (beanClass != null) {
        builder.getRawBeanDefinition().setBeanClass(beanClass);
    }
    else {
        String beanClassName = getBeanClassName(element);
        if (beanClassName != null) {
            builder.getRawBeanDefinition().setBeanClassName(beanClassName);
        }
    }
    builder.getRawBeanDefinition().setSource(parserContext.extractSource(element));
    if (parserContext.isNested()) {
        // Inner bean definition must receive same scope as containing bean.
        builder.setScope(parserContext.getContainingBeanDefinition().getScope());
    }
    if (parserContext.isDefaultLazyInit()) {
        // Default-lazy-init applies to custom bean definitions as well.
        builder.setLazyInit(true);
    }
    doParse(element, parserContext, builder);
    return builder.getBeanDefinition();
}

getBeanClass()方法是在 TxAdviceBeanDefinitionParser 中实现的，很简单:

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protected Class<?> getBeanClass(Element element) {
    return TransactionInterceptor.class;
}

至此，这个标签解析的流程已经基本清晰了。那就是：解析除了一个以TransactionInerceptor为classname的beandefinition
并且注册这个 bean。剩下来要看的，就是这个 TranscationInterceptor 到底是什么？
看看这个类的接口定义，就明白了：

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public class TransactionInterceptor extends TransactionAspectSupport implements MethodInterceptor,
Serializable

这根本就是一个 spring AOP 的 advice 嘛！现在明白为什么事务的配置能通过 aop 产生作用了吧？

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public Object invoke(final MethodInvocation invocation) throws Throwable {
    // Work out the target class: may be {@code null}.
    // The TransactionAttributeSource should be passed the target class
    // as well as the method, which may be from an interface.
    Class<?> targetClass = (invocation.getThis() != null ? AopUtils.getTargetClass(invocation.getThis()) : null);

    // Adapt to TransactionAspectSupport's invokeWithinTransaction...
    return invokeWithinTransaction(invocation.getMethod(), targetClass, new InvocationCallback() {
        public Object proceedWithInvocation() throws Throwable {
            return invocation.proceed();
        }
    });
}

接下来，我们再来看一看 DataSourceTransactionManager 是如何工作的

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if (con.getAutoCommit()) {
    txObject.setMustRestoreAutoCommit(true);
    if (logger.isDebugEnabled()) {
        logger.debug("Switching JDBC Connection [" + con + "] to manual commit");
    }
    con.setAutoCommit(false);
}
txObject.getConnectionHolder().setTransactionActive(true);

doGetTransaction() // 从 ThreadLoacl 中获取一个 connection（相互对立的）
doBegin() // 开启事务
// 执行业务逻辑
// 根据业务逻辑的执行结果来判断是否要提交还是回滚
doCommit() // 提交
doRollback() // 回滚

总结

什么是事务？

一个整体的执行逻辑单元，只有两个结果，要么全失败，要么全成功。

事务的特性

原子性、隔离性、持久性、一致性

事务的基本原理

从数据库角度来说：就是提供了一种后悔机制（代码写错了，可以 SVN、Git）
用临时表才实现后悔
执行增、删、改之前，先将满足条件的数据查询出来放入到临时表中
将数据操作现在临时表中完成，完成过程中如果没用出现任何问题，就将数据同步(剪切)到实际的数据表中，并返回影响行数
将数据操作现在临时表中完成，完成过程中一旦出现错误，那就将临时表中满足条件的数据清掉，并返回错误码

两个都是增、删、改操作，就会出现死锁(死锁超时，就需要人工解决)
杀进程（写 SQL 语句杀死进程）

如果要想对一个数据表的数据进行清空（千万千万别用 DELETE FROM，这种情况，一定就是锁表）
加了 WHERE 条件，就是行锁

Spring的事务配置

AOP 配置 ，配置哪些方法需要加事务
声明式事务配置，事务的传播属性、隔离级别、回滚的条件
传播属性： DEFAUTL REQUIRED EQUIRES_NEW SUPPORTS NESTED
隔离级别：DEFAULT READ_UNCOMMITTED READ_COMMITTED REPEATABLE_READ SERIALIZABLE

源码

通过解析配置文件，得到 TransactionDefintion 实际上就是 AOP 中的 MethodInterceptor（方法代理）
就可以在满足条件的方法调用之前和调用之后加一些东西
PlatformTransactionManger 中的方法
getTransaction 调用了 TransactionSynchronizationManager 类的 getResource()
从 ThreadLocal 里面取值，Map<Key:DataSource,Value:ConnectionHolder(相当于
获取一个连接对象 Connection)；
conn.setAutoCommit(false);
commit conn.commit()
rollback conn.rollback();