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Spring Boot 中的事务是如何实现的

Spring Boot winrains 来源:木木匠 8个月前 (04-05) 76次浏览

1. 概述

一直在用SpringBoot中的@Transactional来做事务管理,但是很少没想过SpringBoot是如何实现事务管理的,今天从源码入手,看看@Transactional是如何实现事务的,最后我们结合源码的理解,自己动手写一个类似的注解来实现事务管理,帮助我们加深理解。

阅读说明:本文假设你具备Java基础,同时对事务有基本的了解和使用。

2. 事务的相关知识

开始看源码之前,我们先回顾下事务的相关知识。

2.1 事务的隔离级别

事务为什么需要隔离级别呢?这是因为在并发事务情况下,如果没有隔离级别会导致如下问题:

  • 脏读(Dirty Read) :当A事务对数据进行修改,但是这种修改还没有提交到数据库中,B事务同时在访问这个数据,由于没有隔离,B获取的数据有可能被A事务回滚,这就导致了数据不一致的问题。
  • 丢失修改(Lost To Modify): 当A事务访问数据100,并且修改为100-1=99,同时B事务读取数据也是100,修改数据100-1=99,最终两个事务的修改结果为99,但是实际是98。事务A修改的数据被丢失了。
  • 不可重复读(Unrepeatable Read):指A事务在读取数据X=100的时候,B事务把数据X=100修改为X=200,这个时候A事务第二次读取数据X的时候,发现X=200了,导致了在整个A事务期间,两次读取数据X不一致了,这就是不可重复读。
  • 幻读(Phantom Read):幻读和不可重复读类似。幻读表现在,当A事务读取表数据时候,只有3条数据,这个时候B事务插入了2条数据,当A事务再次读取的时候,发现有5条记录了,平白无故多了2条记录,就像幻觉一样。

不可重复读 VS 幻读

不可重复读的重点是修改 : 同样的条件 , 你读取过的数据 , 再次读取出来发现值不一样了,重点在更新操作。 幻读的重点在于新增或者删除:同样的条件 , 第 1 次和第 2 次读出来的记录数不一样,重点在增删操作。

所以,为了避免上述的问题,事务中就有了隔离级别的概念,在Spring中定义了五种表示隔离级别的常量:

常量 说明
TransactionDefinition.ISOLATION_DEFAULT 数据库默认的隔离级别,MySQL默认采用的 REPEATABLE_READ隔离级别
TransactionDefinition.ISOLATION_READ_UNCOMMITTED 最低的隔离级别,允许读取未提交的数据变更,可能会导致脏读、幻读或不可重复读
TransactionDefinition.ISOLATION_READ_COMMITTED 允许读取并发事务已经提交的数据,可以阻止脏读,但是幻读或不可重复读仍有可能发生
TransactionDefinition.ISOLATION_REPEATABLE_READ 对同一字段的多次读取结果都是一致的,除非数据是被本身事务自己所修改,**可以阻止脏读和不可重复读,但幻读仍有可能发生。**MySQL中通过MVCC解决了该隔离级别下出现幻读的可能。
TransactionDefinition.ISOLATION_SERIALIZABLE 串行化隔离级别,该级别可以防止脏读、不可重复读以及幻读,但是串行化会影响性能。

2.2 Spring中事务的传播机制

为什么Spring中要搞一套事务的传播机制呢?这是Spring给我们提供的事务增强工具,主要是解决方法之间调用,事务如何处理的问题。比如有方法A、方法B和方法C,在A中调用了方法B和方法C。伪代码如下:

MethodA{
  MethodB;
  MethodC;
}
MethodB{

}
MethodC{

}

假设三个方法中都开启了自己的事务,那么他们之间是什么关系呢?MethodA的回滚会影响MethodBMethodC吗?Spring中的事务传播机制就是解决这个问题的。

Spring中定义了七种事务传播行为:

类型 说明
PROPAGATION_REQUIRED 如果当前没有事务,就新建一个事务,如果已经存在一个事务中,加入到这个事务中。这是最常见的选择
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 使用当前的事务,如果当前没有事务,就抛出异常。
PROPAGATION_REQUIRES_NEW 新建事务,如果当前存在事务,把当前事务挂起。
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 如果当前存在事务,则在嵌套事务内执行。如果当前没有事务,则执行与PROPAGATION_REQUIRED类似的操作。

这七种传播机制是如何影响事务的,感兴趣的同学可以阅读这篇文章

3. 如何实现异常回滚的

回顾完了事务的相关知识,接下来我们正式来研究下Spring Boot中如何通过@Transactional来管理事务的,我们重点看看它是如何实现回滚的。

在Spring中TransactionInterceptorPlatformTransactionManager这两个类是整个事务模块的核心,TransactionInterceptor负责拦截方法执行,进行判断是否需要提交或者回滚事务。PlatformTransactionManager是Spring 中的事务管理接口,真正定义了事务如何回滚和提交。我们重点研究下这两个类的源码。

TransactionInterceptor类中的代码有很多,我简化一下逻辑,方便说明:

//以下代码省略部分内容
public Object invoke(MethodInvocation invocation) throws Throwable {
//获取事务调用的目标方法
  Class<?> targetClass = (invocation.getThis() != null ? AopUtils.getTargetClass(invocation.getThis()) : null);
//执行带事务调用
  return invokeWithinTransaction(invocation.getMethod(), targetClass, invocation::proceed);
}

invokeWithinTransaction 简化逻辑如下:

//TransactionAspectSupport.class
//省略了部分代码
protected Object invokeWithinTransaction(Method method, @Nullable Class<?> targetClass,
    final InvocationCallback invocation) throws Throwable {
    Object retVal;
    try {
    //调用真正的方法体
      retVal = invocation.proceedWithInvocation();
    }
    catch (Throwable ex) {
      // 如果出现异常,执行事务异常处理
      completeTransactionAfterThrowing(txInfo, ex);
      throw ex;
    }
    finally {
    //最后做一下清理工作,主要是缓存和状态等
      cleanupTransactionInfo(txInfo);
    }
    //如果没有异常,直接提交事务。
    commitTransactionAfterReturning(txInfo);
    return retVal;

}

事务出现异常回滚的逻辑completeTransactionAfterThrowing如下:

//省略部分代码
protected void completeTransactionAfterThrowing(@Nullable TransactionInfo txInfo, Throwable ex) {
    //判断是否需要回滚,判断的逻辑就是看有没有声明事务属性,同时判断是不是在目前的这个异常中执行回滚。
    if (txInfo.transactionAttribute != null && txInfo.transactionAttribute.rollbackOn(ex)) {
        //执行回滚
        txInfo.getTransactionManager().rollback(txInfo.getTransactionStatus());
    } 
    else {
        //否则不需要回滚,直接提交即可。
        txInfo.getTransactionManager().commit(txInfo.getTransactionStatus());
    
    }
}

上面的代码已经把Spring的事务的基本原理说清楚了,如何进行判断执行事务,如何回滚。下面到了真正执行回滚逻辑的代码中PlatformTransactionManager接口的子类,我们以JDBC的事务为例,DataSourceTransactionManager就是jdbc的事务管理类。跟踪上面的代码rollback(txInfo.getTransactionStatus())可以发现最终执行的代码如下:

@Override
protected void doRollback(DefaultTransactionStatus status) {
    DataSourceTransactionObject txObject = (DataSourceTransactionObject) status.getTransaction();
    Connection con = txObject.getConnectionHolder().getConnection();
    if (status.isDebug()) {
        logger.debug("Rolling back JDBC transaction on Connection [" + con + "]");
    }
    try {
    //调用jdbc的 rollback进行回滚事务。
        con.rollback();
    }
    catch (SQLException ex) {
        throw new TransactionSystemException("Could not roll back JDBC transaction", ex);
    }
}

3.1 小结

这里小结下Spring 中事务的实现思路,Spring 主要依靠 TransactionInterceptor 来拦截执行方法体,判断是否开启事务,然后执行事务方法体,方法体中catch住异常,接着判断是否需要回滚,如果需要回滚就委托真正的TransactionManager 比如JDBC中的DataSourceTransactionManager来执行回滚逻辑。提交事务也是同样的道理。

这里用个流程图展示下思路:

流程图

4. 手写一个注解实现事务回滚

我们弄清楚了Spring的事务执行流程,那我们可以模仿着自己写一个注解,实现遇到指定异常就回滚的功能。这里持久层就以最简单的JDBC为例。我们先梳理下需求,首先注解我们可以基于Spring 的AOP来实现,接着既然是JDBC,那么我们需要一个类来帮我们管理连接,用来判断异常是否回滚或者提交。梳理完就开干吧。

4.1 首先加入依赖

 <dependency>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-jdbc</artifactId>
</dependency>
<dependency>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-aop</artifactId>
</dependency>

4.2 新增一个注解

/**
 * @description:
 * @author: luozhou 
 * @create: 2020-03-29 17:05
 **/
@Target({ElementType.METHOD})
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Inherited
@Documented
public @interface MyTransaction {
    //指定异常回滚
    Class<? extends Throwable>[] rollbackFor() default {};
}

4.3 新增连接管理器

该类帮助我们管理连接,该类的核心功能是把取出的连接对象绑定到线程上,方便在AOP处理中取出,进行提交或者回滚操作。

/**
 * @description:
 * @author: luozhou 
 * @create: 2020-03-29 21:14
 **/
@Component
public class DataSourceConnectHolder {
    @Autowired
    DataSource dataSource;
    /**
     * 线程绑定对象
     */
    ThreadLocal<Connection> resources = new NamedThreadLocal<>("Transactional resources");

    public Connection getConnection() {
        Connection con = resources.get();
        if (con != null) {
            return con;
        }
        try {
            con = dataSource.getConnection();
            //为了体现事务,全部设置为手动提交事务
            con.setAutoCommit(false);
        } catch (SQLException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        resources.set(con);
        return con;
    }

    public void cleanHolder() {
        Connection con = resources.get();
        if (con != null) {
            try {
                con.close();
            } catch (SQLException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        resources.remove();
    }
}

4.4 新增一个切面

这部分是事务处理的核心,先获取注解上的异常类,然后捕获住执行的异常,判断异常是不是注解上的异常或者其子类,如果是就回滚,否则就提交。

/**
 * @description:
 * @author: luozhou 
 * @create: 2020-03-29 17:08
 **/
@Aspect
@Component
public class MyTransactionAopHandler {
    @Autowired
    DataSourceConnectHolder connectHolder;
    Class<? extends Throwable>[] es;

    //拦截所有MyTransaction注解的方法
    @org.aspectj.lang.annotation.Pointcut("@annotation(luozhou.top.annotion.MyTransaction)")
    public void Transaction() {

    }

    @Around("Transaction()")
    public Object TransactionProceed(ProceedingJoinPoint proceed) throws Throwable {
        Object result = null;
        Signature signature = proceed.getSignature();
        MethodSignature methodSignature = (MethodSignature) signature;
        Method method = methodSignature.getMethod();
        if (method == null) {
            return result;
        }
        MyTransaction transaction = method.getAnnotation(MyTransaction.class);
        if (transaction != null) {
            es = transaction.rollbackFor();
        }
        try {
            result = proceed.proceed();
        } catch (Throwable throwable) {
            //异常处理
            completeTransactionAfterThrowing(throwable);
            throw throwable;
        }
        //直接提交
        doCommit();
        return result;
    }
    /**
    * 执行回滚,最后关闭连接和清理线程绑定
    */
    private void doRollBack() {
        try {
            connectHolder.getConnection().rollback();
        } catch (SQLException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            connectHolder.cleanHolder();
        }

    }
    /**
    *执行提交,最后关闭连接和清理线程绑定
    */
    private void doCommit() {
        try {
            connectHolder.getConnection().commit();
        } catch (SQLException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            connectHolder.cleanHolder();
        }
    }
    /**
    *异常处理,捕获的异常是目标异常或者其子类,就进行回滚,否则就提交事务。
    */
    private void completeTransactionAfterThrowing(Throwable throwable) {
        if (es != null && es.length > 0) {
            for (Class<? extends Throwable> e : es) {
                if (e.isAssignableFrom(throwable.getClass())) {
                    doRollBack();
                }
            }
        }
        doCommit();
    }
}

4.5 测试验证

创建一个tb_test表,表结构如下:

SET NAMES utf8mb4;
SET FOREIGN_KEY_CHECKS = 0;

-- ----------------------------
-- Table structure for tb_test
-- ----------------------------
DROP TABLE IF EXISTS `tb_test`;
CREATE TABLE `tb_test` (
  `id` int(11) NOT NULL,
  `email` varchar(255) DEFAULT NULL,
  PRIMARY KEY (`id`)
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=latin1;

SET FOREIGN_KEY_CHECKS = 1;

4.5.1 编写一个Service

saveTest方法调用了2个插入语句,同时声明了@MyTransaction事务注解,遇到NullPointerException就进行回滚,最后我们执行了除以0操作,会抛出ArithmeticException。我们用单元测试看看数据是否会回滚。

/**
 * @description:
 * @author: luozhou kinglaw1204@gmail.com
 * @create: 2020-03-29 22:05
 **/
@Service
public class MyTransactionTest implements TestService {
    @Autowired
    DataSourceConnectHolder holder;
    //一个事务中执行两个sql插入
   @MyTransaction(rollbackFor = NullPointerException.class)
    @Override
    public void saveTest(int id) {
        saveWitharamters(id, "luozhou@gmail.com");
        saveWitharamters(id + 10, "luozhou@gmail.com");
        int aa = id / 0;
    }
    //执行sql
   private void saveWitharamters(int id, String email) {
        String sql = "insert into tb_test values(?,?)";
        Connection connection = holder.getConnection();
        PreparedStatement stmt = null;
        try {
            stmt = connection.prepareStatement(sql);
            stmt.setInt(1, id);
            stmt.setString(2, email);
            stmt.executeUpdate();
        } catch (SQLException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
    
}

4.5.2 单元测试

@SpringBootTest
@RunWith(SpringRunner.class)
class SpringTransactionApplicationTests {
    @Autowired
    private TestService service;

    @Test
    void contextLoads() throws SQLException {
        service.saveTest(1);
    }

}

上图代码声明了事务对NullPointerException异常进行回滚,运行中遇到了ArithmeticException异常,所以是不会回滚的,我们在右边的数据库中刷新发现数据正常插入成功了,说明并没有回滚。

我们把回滚的异常类改为ArithmeticException,把原数据清空再执行一次,出现了ArithmeticException异常,这个时候查看数据库是没有记录新增成功了,这说明事物进行回滚了,表明我们的注解起作用了。

5. 总结

本文最开始回顾了事务的相关知识,并发事务会导致脏读丢失修改不可重复读幻读,为了解决这些问题,数据库中就引入了事务的隔离级别,隔离级别包括:读未提交读提交可重复读串行化

Spring中增强了事务的概念,为了解决方法A、方法B和方法C之间的事务关系,引入了事务传播机制的概念。

Spring中的@Transactional注解的事务实现主要通过TransactionInterceptor拦截器来进行实现的,拦截目标方法,然后判断异常是不是目标异常,如果是目标异常就行进行回滚,否则就进行事务提交。

最后我们自己通过JDBC结合Spring的AOP自己写了个@MyTransactional的注解,实现了遇到指定异常回滚的功能。

作者:木木匠

来源:https://juejin.im/post/5e7ef0bae51d4546f16bb3fb


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