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用了这么久的@Transactional,你真的了解吗?

数据库的事务

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}

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  • START TRANSACTIONBEGIN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);

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提交事务:

con.commit();

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回滚事务:

con.rollback();

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一个完整流程的例子(摘自 Oracle JDBC 文档):

public void updateCoffeeSales(HashMap<String, Integer> 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<String, Integer> 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);
    }
}


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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);
}

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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;
});

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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,如果一个大操作中又全是这种代码的话我想开发人员可能会疯吧。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);
    }
}

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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);
    }
}

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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> T execute(TransactionCallback<T> 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;
    }
}

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XML 配置 tx:advice

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);
}

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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<? extends Throwable>[] rollbackFor() default {};
# 异常类ClassName,可以是FullName/SimpleName
String[] rollbackForClassName() default {};

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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<? extends Throwable>[] noRollbackFor() default {};
# 异常类ClassName,可以是FullName/SimpleName
String[] noRollbackForClassName() default {};

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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);
    }
}

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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

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

@Override
    public <T> T execute(TransactionCallback<T> 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;
        }
    }

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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;
        }
   ....
}

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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<Map<Object, Object>> resources =
            new NamedThreadLocal<Map<Object, Object>>("Transactional resources");

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

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

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

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

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

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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,原理大同小异,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();
    }
}

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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<Map<Object, Object>> resources =
        new NamedThreadLocal<>("Transactional resources");
private static final ThreadLocal<Set<TransactionSynchronization>> synchronizations =
        new NamedThreadLocal<>("Transaction synchronizations");
private static final ThreadLocal<String> currentTransactionName =
        new NamedThreadLocal<>("Current transaction name");
private static final ThreadLocal<Boolean> currentTransactionReadOnly =
        new NamedThreadLocal<>("Current transaction read-only status");
private static final ThreadLocal<Integer> currentTransactionIsolationLevel =
        new NamedThreadLocal<>("Current transaction isolation level");
private static final ThreadLocal<Boolean> actualTransactionActive =
        new NamedThreadLocal<>("Actual transaction active");

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事务提交失败

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

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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();
    }
}

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参考

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后端
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