Spring5源码分析系列（九）Spring事务原理详解

终于等到了B站的薪资沟通电话，美滋滋，本节开始进入Spring数据访问篇，讲解spring事务，文章参考自Tom老师视频。

事务基本概念

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)。

特点：

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。

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：

获取连接Connection con=DriverManager.getConnection();

开启事务con.setAutoCommit(true/false);

执行CRUD

提交事务/回滚事务con.commit()/con.rollback();

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，以注解方式为例子

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。

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）。

真正的数据库层的事务提交和回滚是通过binlog或者redolog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-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ReadCommited，比如SqlServer、Oracle

少数数据库默认隔离级别为：RepeatableRead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ServiceA的MethodA()调用内层ServiceB的MethodB()

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

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。

Spring事务API架构图