Spring Boot中的事务是如何实现的
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{
}
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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 MethodB 和 MethodC 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 TransactionInterceptor 和 PlatformTransactionManager 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);
}
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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;
}
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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());
}
}
}
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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);
}
}
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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：
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>
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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 {};
}
复制代码
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();
}
}
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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();
}
}
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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; 复制代码
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();
}
}
}
复制代码
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);
}
}
复制代码
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 和 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。
正文到此结束
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