Spring中的事务管理

Spring中的事务管理

数据库事务

数据库事务（Transaction，简写为TX）是数据库管理系统执行过程中的一个逻辑单位，是可以提交或回滚的工作的原子单元。当事务对数据库进行多次更改时，要么在提交事务时所有更改都成功，要么在回滚事务时所有更改都被撤消。

数据库（包括但不限于关系型）事务一般拥有以下4个特性，称之为ACID特性

ACID

• 原子性（Atomicity）：事务作为一个整体被执行，包含在其中的对数据库的操作要么全部被执行，要么都不执行。
• 一致性（Consistency）：事务应确保数据库的状态从一个一致状态转变为另一个一致状态。_一致状态_的含义是数据库中的数据应满足完整性约束。
• 隔离性（Isolation）：多个事务并发执行时，一个事务的执行不应影响其他事务的执行。
• 持久性（Durability）：已被提交的事务对数据库的修改应该永久保存在数据库中。

Mysql中的事务

START TRANSACTION
    [transaction_characteristic [, transaction_characteristic] ...]

transaction_characteristic: {
    WITH CONSISTENT SNAPSHOT
  | READ WRITE
  | READ ONLY
}

BEGIN [WORK]
COMMIT [WORK] [AND [NO] CHAIN] [[NO] RELEASE]
ROLLBACK [WORK] [AND [NO] CHAIN] [[NO] RELEASE]
SET autocommit = {0 | 1}

• START TRANSACTION或 BEGIN开始新事务。
• COMMIT 提交当前事务。
• ROLLBACK 回滚当前事务。
• SET autocommit 禁用或启用当前会话的默认自动提交模式。

默认情况下，Mysql是自动提交的模式，所有语句会立即提交
**

JDBC 中的事务

JDBC是Java语言中用来规范客户端程序如何来访问数据库的应用程序接口，提供了查询和更新数据库中数据的方法。JDBC也是Sun Microsystems的商标（现在属于Oracle），是面向关系型数据库的。

上面说到，Mysql是默认自动提交的，所以JDBC中事务事务的第一步，需要禁用自动提交：

con.setAutoCommit(false);

提交事务：

con.commit();

回滚事务：

con.rollback();

一个完整流程的例子（摘自Oracle JDBC文档）：

public void updateCoffeeSales(HashMap salesForWeek)
    throws SQLException {

    PreparedStatement updateSales = null;
    PreparedStatement updateTotal = null;

    String updateString =
        "update " + dbName + ".COFFEES " +
        "set SALES = ? where COF_NAME = ?";

    String updateStatement =
        "update " + dbName + ".COFFEES " +
        "set TOTAL = TOTAL + ? " +
        "where COF_NAME = ?";

    try {
        con.setAutoCommit(false);
        updateSales = con.prepareStatement(updateString);
        updateTotal = con.prepareStatement(updateStatement);

        for (Map.Entry e : salesForWeek.entrySet()) {
            updateSales.setInt(1, e.getValue().intValue());
            updateSales.setString(2, e.getKey());
            updateSales.executeUpdate();
            updateTotal.setInt(1, e.getValue().intValue());
            updateTotal.setString(2, e.getKey());
            updateTotal.executeUpdate();
            con.commit();
        }
    } catch (SQLException e ) {
        JDBCTutorialUtilities.printSQLException(e);
        if (con != null) {
            try {
                System.err.print("Transaction is being rolled back");
                con.rollback();
            } catch(SQLException excep) {
                JDBCTutorialUtilities.printSQLException(excep);
            }
        }
    } finally {
        if (updateSales != null) {
            updateSales.close();
        }
        if (updateTotal != null) {
            updateTotal.close();
        }
        con.setAutoCommit(true);
    }
}

为什么需要事务管理器

如果没有事务管理器的话，我们的程序可能是这样：

Connection connection = acquireConnection();
try{
    int updated = connection.prepareStatement().executeUpdate();
    connection.commit();
}catch (Exception e){
    rollback(connection);
}finally {
    releaseConnection(connection);
}

也有可能是这样"优雅的事务"：

execute(new TxCallback() {
    @Override
    public Object doInTx(Connection var1) {
        //do something...
        return null;
    }
});
public void execute(TxCallback txCallback){
    Connection connection = acquireConnection();
    try{
        txCallback.doInTx(connection);
        connection.commit();
    }catch (Exception e){
        rollback(connection);
    }finally {
        releaseConnection(connection);
    }
}

# lambda版
execute(connection -> {
    //do something...
    return null;
});

但是以上两种方式，针对一些复杂的场景是很不方便的。在实际的业务场景中，往往有比较复杂的业务逻辑，代码冗长，逻辑关联复杂，如果一个大操作中有全是这种代码的话我想开发人员可能会疯把。更不用提定制化的隔离级别，以及嵌套/独立事务的处理了。

Spring 事务管理器（Transaction Manager）简介

Spring作为Java最强框架，事务管理也是其核心功能之一。Spring为事务管理提供了统一的抽象，有以下优点：

• 跨不同事务API（例如Java事务API（JTA），JDBC，Hibernate，Java持久性API（JPA）和Java数据对象（JDO））的一致编程模型。
• 支持声明式事务管理（注解形式）
• 与JTA之类的复杂事务API相比， 用于程序化事务管理的API更简单
• 和Spring的Data层抽象集成方便（比如Spring - Hibernate/Jdbc/Mybatis/Jpa...）

Spring的事务管理器只是一个接口/抽象，不同的DB层框架（其实不光是DB类框架，支持事务模型的理论上都可以使用这套抽象） 可能都需要实现此标准才可以更好的工作，核心接口是org.springframework.transaction.support.AbstractPlatformTransactionManager，其代码位于spring-tx模块中，比如Hibernate中的实现为：org.springframework.orm.hibernate4.HibernateTransactionManager

使用方式

事务，自然是控制业务的，在一个业务流程内，往往希望保证原子性，要么全成功要么全失败。

所以事务一般是加载@Service层，一个Service内调用了多个操作数据库的操作（比如Dao），在Service结束后事务自动提交，如有异常抛出则事务回滚。

这也是Spring事务管理的基本使用原则。

注解

在被Spring管理的类头上增加@Transactional注解，即可对该类下的所有方法开启事务管理。事务开启后，方法内的操作无需手动开启/提交/回滚事务，一切交给Spring管理即可。

@Service
@Transactional
public class TxTestService{
    
    @Autowired
    private OrderRepo orderRepo;

    public void submit(Order order){
        orderRepo.save(order);
    }
}

也可以只在方法上配置，方法配置的优先级是大于类的

@Service
public class TxTestService{
    
    @Autowired
    private OrderRepo orderRepo;


    @Transactional
    public void submit(Order order){
        orderRepo.save(order);
    }
}

TransactionTemplate

TransactionTemplate这中方式，其实和使用注解形式的区别不大，其核心功能也是由TransactionManager实现的，这里只是换了个入口

public  T execute(TransactionCallback action) throws TransactionException {
    if (this.transactionManager instanceof CallbackPreferringPlatformTransactionManager) {
        return ((CallbackPreferringPlatformTransactionManager) this.transactionManager).execute(this, action);
    }
    else {
        //获取事务信息
        TransactionStatus status = this.transactionManager.getTransaction(this);
        T result;
        try {
            //执行业务代码
            result = action.doInTransaction(status);
        }
        //处理异常回滚
        catch (RuntimeException ex) {
            // Transactional code threw application exception -> rollback
            rollbackOnException(status, ex);
            throw ex;
        }
        catch (Error err) {
            // Transactional code threw error -> rollback
            rollbackOnException(status, err);
            throw err;
        }
        catch (Exception ex) {
            // Transactional code threw unexpected exception -> rollback
            rollbackOnException(status, ex);
            throw new UndeclaredThrowableException(ex, "TransactionCallback threw undeclared checked exception");
        }
        //提交事务
        this.transactionManager.commit(status);
        return result;
    }
}

XML配置

过于古老，不做解释

隔离级别(Isolation Level)

事务隔离级别是数据库最重要的特性之一，他保证了脏读/幻读等问题不会发生。作为一个事务管理框架自然也是支持此配置的，在@Transactional注解中有一个isolation配置，可以很方便的配置各个事务的隔离级别，等同于connection.setTransactionIsolation()

Isolation {
    DEFAULT(-1),
    READ_UNCOMMITTED(1),
    READ_COMMITTED(2),
    REPEATABLE_READ(4),
    SERIALIZABLE(8);
}

传播行为(Propagation behavior)

可能没有接触过Spring的人听到传播行为会奇怪，这是个什么东西。

其实这个传播行为和数据库功能无关，只是事务管理器为了处理复杂业务而设计的一个机制。

比如现在有这样一个调用场景，A Service -> B Service -> C Service，但是希望A/B在一个事务内，C是一个独立的事务，同时C如果出错，不影响AB所在的事务。

此时，就可以通过传播行为来处理；将C Service的事务配置为@Transactional(propagation = Propagation.REQUIRES_NEW)即可

Spring支持以下几种传播行为：

REQUIRED

默认策略，优先使用当前事务（及当前线程绑定的事务资源），如果不存在事务，则开启新事务

SUPPORTS

优先使用当前的事务（及当前线程绑定的事务资源），如果不存在事务，则以无事务方式运行

MANDATORY

优先使用当前的事务，如果不存在事务，则抛出异常

REQUIRES_NEW

创建一个新事务，如果存在当前事务，则挂起（Suspend）

NOT_SUPPORTED

以非事务方式执行，如果当前事务存在，则挂起当前事务。

NEVER

以非事务方式执行，如果当前事务存在，则抛出异常

回滚策略

@Transactional中有4个配置回滚策略的属性，分为Rollback策略，和NoRollback策略

默认情况下，RuntimeException和Error这两种异常会导致事务回滚，普通的Exception（需要Catch的）异常不会回滚。

Rollback

配置需要回滚的异常类

# 异常类Class
Class[] rollbackFor() default {};
# 异常类ClassName，可以是FullName/SimpleName
String[] rollbackForClassName() default {};

NoRollback

针对一些要特殊处理的业务逻辑，比如插一些日志表，或者不重要的业务流程，希望就算出错也不影响事务的提交。

可以通过配置NoRollbackFor来实现，让某些异常不影响事务的状态。

# 异常类Class
Class[] noRollbackFor() default {};
# 异常类ClassName，可以是FullName/SimpleName
String[] noRollbackForClassName() default {};

只读控制

设置当时事务的只读标示，等同于connection.setReadOnly()

关键名词解释

名词	概念
PlatformTransactionManager	事务管理器，管理事务的各生命周期方法，简称 TxMgr
TransactionAttribute	事务属性, 包含隔离级别，传播行为, 是否只读等信息，简称 TxAttr
TransactionStatus	事务状态，包含当前事务、挂起等信息，简称 TxStatus
TransactionInfo	事务信息，内含 TxMgr, TxAttr, TxStatus 等信息，简称 TxInfo
TransactionSynchronization	事务同步回调，内含多个钩子方法，简称 TxSync / transaction synchronization
TransactionSynchronizationManager	事务同步管理器，维护当前线程事务资源，信息以及 TxSync 集合

基本原理

public void execute(TxCallback txCallback){
    //获取连接
    Connection connection = acquireConnection();
    try{
        //执行业务代码
        doInService();
        //提交事务
        connection.commit();
    }catch (Exception e){
        //回滚事务
        rollback(connection);
    }finally {
        //释放连接
        releaseConnection(connection);
    }
}

Spring事务管理的基本原理就是以上代码，获取连接 -> 执行代码 -> 提交/回滚事务。Spring只是将这个流程给抽象出来了，所有事务相关的操作都交由TransactionManager去实现，然后封装一个模板形式的入口来执行t

比如org.springframework.transaction.support.TransactionTemplate的实现：

@Override
    public  T execute(TransactionCallback action) throws TransactionException {
        if (this.transactionManager instanceof CallbackPreferringPlatformTransactionManager) {
            return ((CallbackPreferringPlatformTransactionManager) this.transactionManager).execute(this, action);
        }
        else {
            //通过事务管理器获取事务
            TransactionStatus status = this.transactionManager.getTransaction(this);
            T result;
            try {
                //执行业务代码
                result = action.doInTransaction(status);
            }
            //处理异常回滚
            catch (RuntimeException ex) {
                // Transactional code threw application exception -> rollback
                rollbackOnException(status, ex);
                throw ex;
            }
            catch (Error err) {
                // Transactional code threw error -> rollback
                rollbackOnException(status, err);
                throw err;
            }
            catch (Exception ex) {
                // Transactional code threw unexpected exception -> rollback
                rollbackOnException(status, ex);
                throw new UndeclaredThrowableException(ex, "TransactionCallback threw undeclared checked exception");
            }
            //提交事务
            this.transactionManager.commit(status);
            return result;
        }
    }

注解形式的事务（@Transactional），实现机制也是一样，基于Spring的AOP，将上面Template的模式换成了自动的AOP，在AOP的Interceptor（org.springframework.transaction.interceptor.TransactionInterceptor）中来执行这套流程：

protected Object invokeWithinTransaction(Method method, Class targetClass, final InvocationCallback invocation)
            throws Throwable {

        // If the transaction attribute is null, the method is non-transactional.
        final TransactionAttribute txAttr = getTransactionAttributeSource().getTransactionAttribute(method, targetClass);
        //获取事务管理器
        final PlatformTransactionManager tm = determineTransactionManager(txAttr);
        final String joinpointIdentification = methodIdentification(method, targetClass);

        if (txAttr == null || !(tm instanceof CallbackPreferringPlatformTransactionManager)) {
            // Standard transaction demarcation with getTransaction and commit/rollback calls.
            //创建事务
            TransactionInfo txInfo = createTransactionIfNecessary(tm, txAttr, joinpointIdentification);
            Object retVal = null;
            try {
                // This is an around advice: Invoke the next interceptor in the chain.
                // This will normally result in a target object being invoked.
                //执行被“AOP”的代码
                retVal = invocation.proceedWithInvocation();
            }
            catch (Throwable ex) {
                // target invocation exception
                //处理异常回滚
                completeTransactionAfterThrowing(txInfo, ex);
                throw ex;
            }
            finally {
                //清除资源
                cleanupTransactionInfo(txInfo);
            }
            
            //提交事务
            commitTransactionAfterReturning(txInfo);
            return retVal;
        }
   ....
}

复杂流程下的事务传播/保持相同事务的关键：

对于复杂一些的业务流程，会出现各种类之间的调用，Spring是如何做到保持同一个事务的？
**
其实基本原理很简单，只需要将当前事务（Connection）隐式的保存至事务管理器内，后续方法在执行JDBC操作前，从事务管理器内获取即可：

比如HibernateTemplate中的SessionFactory中的getCurrentSession，这里的getCurrentSession就是从（可能是间接的）Spring事务管理器中获取的

Spring事务管理器将处理事务时的相关临时资源（Connection等）存在org.springframework.transaction.support.TransactionSynchronizationManager中，通过ThreadLocal维护

public abstract class TransactionSynchronizationManager {

    private static final Log logger = LogFactory.getLog(TransactionSynchronizationManager.class);

    private static final ThreadLocal> resources =
            new NamedThreadLocal>("Transactional resources");

    private static final ThreadLocal> synchronizations =
            new NamedThreadLocal>("Transaction synchronizations");

    private static final ThreadLocal currentTransactionName =
            new NamedThreadLocal("Current transaction name");

    private static final ThreadLocal currentTransactionReadOnly =
            new NamedThreadLocal("Current transaction read-only status");

    private static final ThreadLocal currentTransactionIsolationLevel =
            new NamedThreadLocal("Current transaction isolation level");

    private static final ThreadLocal actualTransactionActive =
            new NamedThreadLocal("Actual transaction active");
    ...
}

针对一些复杂场景，嵌套事务+独立事务，涉及到挂起（suspend），恢复（resume）的情况，相关资源也是存储在TransactionSynchronizationManager 中的，方便嵌套事务的处理。

比如A->B时，A方法已经开启了事务，并将当前事务资源绑定在TransactionSynchronizationManager，那么执行B之前，会检测当前是否已经存在事务；检测方式就是从TransactionSynchronizationManager查找并检测状态，如果已经在事务内，那么就根据不同的传播行为配置来执行不同的逻辑，对于REQUIRES_NEW等传播行为的处理会麻烦一些，会涉及到“挂起（suspend）”和恢复(resume)的操作，原理打通小异，这里就不做过多解释了

常见问题

事务没生效

有下列代码，入口为test方法，在testTx方法中配置了@Transactional注解，同时在插入数据后抛出RuntimeException异常，但是方法执行后插入的数据并没有回滚，竟然插入成功了

public void test(){
    testTx();
}

@Transactional
public void testTx(){
    UrlMappingEntity urlMappingEntity = new UrlMappingEntity();
    urlMappingEntity.setUrl("http://www.baidu.com");
    urlMappingEntity.setExpireIn(777l);
    urlMappingEntity.setCreateTime(new Date());
    urlMappingRepository.save(urlMappingEntity);
    if(true){
        throw new RuntimeException();
    }
}

这里不生效的原因是因为入口的方法/类没有增加@Transaction注解，由于Spring的事务管理器也是基于AOP实现的，不管是Cglib(ASM)还是Jdk的动态代理，本质上也都是子类机制；在同类之间的方法调用会直接调用本类代码，不会执行动态代理曾的代码；所以在这个例子中，由于入口方法test没有增加代理注解，所以textTx方法上增加的事务注解并不会生效

异步后事务失效

比如在一个事务方法中，开启了子线程操作库，那么此时子线程的事务和主线程事务是不同的。

因为在Spring的事务管理器中，事务相关的资源（连接，session，事务状态之类）都是存放在TransactionSynchronizationManager中的，通过ThreadLocal存放，如果跨线程的话就无法保证一个事务了

# TransactionSynchronizationManager.java
private static final ThreadLocal> resources =
        new NamedThreadLocal<>("Transactional resources");
private static final ThreadLocal> synchronizations =
        new NamedThreadLocal<>("Transaction synchronizations");
private static final ThreadLocal currentTransactionName =
        new NamedThreadLocal<>("Current transaction name");
private static final ThreadLocal currentTransactionReadOnly =
        new NamedThreadLocal<>("Current transaction read-only status");
private static final ThreadLocal currentTransactionIsolationLevel =
        new NamedThreadLocal<>("Current transaction isolation level");
private static final ThreadLocal actualTransactionActive =
        new NamedThreadLocal<>("Actual transaction active");

事务提交失败

org.springframework.transaction.UnexpectedRollbackException: 
Transaction silently rolled back because it has been marked as rollback-only

这个异常是由于在同一个事务内，多个事务方法之间调用，子方法抛出异常，但又被父方法忽略了导致的。

因为子方法抛出了异常，Spring事务管理器会将当前事务标为失败状态，准备进行回滚，可是当子方法执行完毕出栈后，父方法又忽略了此异常，待方法执行完毕后正常提交时，事务管理器会检查回滚状态，若有回滚标示则抛出此异常。具体可以参考org.springframework.transaction.support.AbstractPlatformTransactionManager#processCommit

示例代码：

A -> B
# A Service(@Transactional):
public void testTx(){
    urlMappingRepo.deleteById(98l);
    try{
        txSubService.testSubTx();
    }catch (Exception e){
        e.printStackTrace();
    }
}

# B Service(@Transactional)
public void testSubTx(){
    if(true){
        throw new RuntimeException();
    }
}

参考

• https://docs.spring.io/spring/docs/4.2.x/spring-framework-reference/html/transaction.html
• https://docs.oracle.com/javase/tutorial/jdbc/basics/transactions.html
• https://www.cnblogs.com/micrari/p/7612962.html