理解Spring中的事务管理

Spring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的事务机制

所有的数据访问技术都有事务处理机制，这些技术提供了API用来开启事务、提交事务来完成数据操作，或者在发生错误的时候回滚数据。

而Spring的事务机制是用统一的机制来处理不同数据访问技术的事务处理。Spring的事务机制提供了一个PlatformTransactionManager接口，不同的数据访问技术的事务使用不同的接口实现，如表所示。

数据访问技术及实现

数据访问技术	实现
JDBC	DataSourceTransactionManager
JPA	JapTransactionManager
Hibernate	HibernateTransactionManager
JDO	JdoTransactionManager
分布式事务	JtaTransactionManager

在程序中定义事务管理器的代码如下：

@Bean(name="xxxTransactionManager")
public PlatformTransactionManager transactionManager() { 

	JpaTransactionManager transactionManager = new JpaTransactionManager(); 
	transactionManager.setDataSource(dataSource()); 
	return transactionManager; 
}

声名式事务

Spring支持声名式事务，即使用注解来选择需要使用事务的方法，它使用@Transactional注解在方法上表明该方法需要事务支持。

@Transactional 
public void updateName(Long  id, String name) { 
    //数据库操作 
}

在此处需要特别注意的是，此@Transactional注解来自org.springframework.transaction.annotation包，而不是javax.transaction。

Spring 的声明式事务管理是建立在 Spring AOP 机制之上的，其本质是对目标方法前后进行拦截，并在目标方法开始之前创建或者加入一个事务，在执行完目标方法之后根据执行情况提交或者回滚事务。即向业务组件中的目标业务方法插入事务增强处理并生成相应的代理对象供应用程序(客户端)使用从而达到无污染地添加事务的目的。

声明式事务最大的优点就是不需要通过编程的方式管理事务，这样就不需要在业务逻辑代码中掺杂事务管理的代码，只需通过注解标明的方式（或者在配置文件中作相关的事务规则声明），便可以将事务规则应用到业务逻辑中。总的来说，声明式事务得益于 Spring IoC容器和Spring AOP机制的支持：IoC容器为声明式事务管理提供了基础设施，使得 Bean 对于 Spring 框架而言是可管理的；而由于事务管理本身就是一个典型的横切逻辑（正是 AOP 的用武之地），因此 Spring AOP 机制是声明式事务管理的直接实现者。

通过Spring AOP，其实现了在方法调用前、调用后插入一些业务逻辑的目的。我们来看一下下面这个图：

上图显示，当客户端Calling code调用一个普通类Plain Object的foo()方法的时候，是直接作用在POJO类自身对象上的，客户端拥有的是被调用者的直接的引用。

而使用了Spring AOP的动态代理技术后，即当客户端尝试调用POJO 的foo()方法的时候，给他的不是POJO自身的引用，而是一个动态生成的代理类。

如上图所示，这个时候，实际客户端拥有的是一个代理的引用，那么在调用foo()方法的时候，会首先调用Proxy的foo()方法，这个时候Proxy可以整体控制实际的POJO.foo()方法的入参和返回值，比如在调用前及调用后打印日志，都是可以轻松做到的。

Spring中关于事务的配置总是由三个部分组成，即：DataSource、TransactionManager和代理机制三部分，无论哪种配置方式，一般变化的只是代理机制这部分。其中，DataSource、TransactionManager这两部分只是会根据数据访问方式有所变化，比如使用hibernate进行数据访问时，DataSource实际为SessionFactory，TransactionManager的实现为 HibernateTransactionManager。如下图所示：

AOP 代理的两种实现

JDK是代理接口，私有方法必然不会存在在接口里，所以就不会被拦截到；
cgLib是子类，private的方法照样不会出现在子类里，也不能被拦截。

Java动态代理，具体有如下四步骤：

• 通过实现 InvocationHandler 接口创建自己的调用处理器；
• 通过为 Proxy 类指定 ClassLoader 对象和一组 interface 来生成动态代理类，这里是动态生成了代理类的字节码；
• 通过反射机制获得动态代理类的构造函数，其唯一参数类型是调用处理器接口类型；
• 通过构造函数创建动态代理类实例，构造时调用处理器对象作为参数被传入。

cgLib（Code Generation Library）是一个强大的、高性能、高质量的Code生成库，它可以在运行期扩展Java类与实现Java接口。

• cglib封装了ASM，可以在运行期动态生成新的class（子类）
• cglib用于AOP，jdk中的proxy必须基于接口，cglib却没有这个限制

JDK代理与Cglib的原理区别

Java动态代理是利用反射机制生成一个实现代理接口的匿名类，在调用具体方法前调用InvokeHandler来处理。而cglib动态代理是利用asm开源包，将要代理的对象类的class文件加载进来，通过修改其字节码生成子类来处理。

1. 如果目标对象实现了接口，默认情况下会采用JDK的动态代理实现AOP
2. 如果目标对象实现了接口，可以强制使用CGLIB实现AOP
3. 如果目标对象没有实现了接口，必须采用CGLIB库，Spring会自动在JDK动态代理和CGLIB之间转换

如果是类内部方法走不了代理，这个时候可以通过维护一个自身实例的代理。

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

    // 注入自身代理对象，在本类内部方法调用事务的传递性才会生效
    @Autowired
    PersonService selfProxyPersonService;

    /**
     * 测试事务的传递性
     *
     * @param person
     * @return
     */
    @Transactional
    public Person save(Person person) {
        Person p = personRepository.save(person);
        try {
            // 新开事务 独立回滚
            selfProxyPersonService.delete();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        try {
            // 使用当前事务 全部回滚
            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：

Propagation.NESTED (nested 嵌套事务) ：如果当前存在事务，则嵌套在当前事务中。如果当前没有事务，则新建一个事务自己执行（和required一样）。嵌套的事务使用保存点作为回滚点，当内部事务回滚时不会影响外部事物的提交；但是外部回滚会把内部事务一起回滚回去（这是和新建一个事务的区别）。

Spring中事务隔离级别

首先要了解一下数据库的事务隔离级别

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：第一个事务查询一定范围内的数据，第二个事务在这个范围insert一条数据，这时候第一个事务会出现两次查询结果不一致的情况。

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 如MySQL的InnoDB引擎（值得注意的是MySQL InnoDB引擎下的RR隔离级别已经通过next-key lock解决了幻读问题）

Spring中的事务隔离级别

@Transactional注解中可以设置事务的隔离级别，默认是ISOLATION_DEFAULT级别。

由属性接口TransactionDefinition可以看到，可返回四个基本事务属性：

public interface TransactionDefinition {
    int getPropagationBehavior(); // 传播行为。
    int getIsolationLevel(); // 隔离级别。事务管理器根据它来控制另外一个事务可以看到本事务内的哪些数据。
    int getTimeout();  // 事务必须在多少秒内完成。
    boolean isReadOnly(); // 事务是否只读。事务管理器能够根据这个返回值进行优化，确保事务是只读的
} 

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Method A() 调用内层ServiceB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。

它与 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：

a、捕获异常，执行异常分支逻辑

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。

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 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。

总结

对于项目中需要使用到事务的地方，我建议开发者还是使用spring的TransactionCallback接口来实现事务，不要盲目使用Spring事务注解，如果一定要使用注解，那么一定要对Spring事务的传播机制和隔离级别有个详细的了解，否则很可能发生意想不到的效果。