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今天呢！燈塔君跟大家講：
Spring Boot中的事務是如何實現的
1. 概述
一直在用SpringBoot中的@Transactional來做事務管理，但是很少沒想過SpringBoot是如何實現事務管理的，今天從源碼入手，看看@Transactional是如何實現事務的，最后我們結合源碼的理解，自己動手寫一個類似的注解來實現事務管理，幫助我們加深理解
2. 事務的相關知識
開始看源碼之前，我們先回顧下事務的相關知識。
開始看源碼之前，我們先回顧下事務的相關知識。
2.1 事務的隔離級別
事務為什么需要隔離級別呢？這是因為在並發事務情況下，如果沒有隔離級別會導致如下問題：
l 臟讀(Dirty Read) ：當A事務對數據進行修改，但是這種修改還沒有提交到數據庫中，B事務同時在訪問這個數據，由於沒有隔離，B獲取的數據有可能被A事務回滾，這就導致了數據不一致的問題。
l 丟失修改(Lost To Modify): 當A事務訪問數據100，並且修改為100-1=99，同時B事務讀取數據也是100，修改數據100-1=99，最終兩個事務的修改結果為99，但是實際是98。事務A修改的數據被丟失了。
l 不可重復讀(Unrepeatable Read)：指A事務在讀取數據X=100的時候，B事務把數據X=100修改為X=200,這個時候A事務第二次讀取數據X的時候，發現X=200了，導致了在整個A事務期間，兩次讀取數據X不一致了，這就是不可重復讀。
l 幻讀(Phantom Read)：幻讀和不可重復讀類似。幻讀表現在，當A事務讀取表數據時候，只有3條數據，這個時候B事務插入了2條數據，當A事務再次讀取的時候，發現有5條記錄了，平白無故多了2條記錄，就像幻覺一樣。
l 不可重復讀 VS 幻讀不可重復讀的重點是修改 : 同樣的條件 , 你讀取過的數據 , 再次讀取出來發現值不一樣了，重點在更新操作。 幻讀的重點在於新增或者刪除：同樣的條件 , 第 1 次和第 2 次讀出來的記錄數不一樣，重點在增刪操作。
所以，為了避免上述的問題，事務中就有了隔離級別的概念
在Spring中定義了五種表示隔離級別的常量：
常量
說明
TransactionDefinition.ISOLATION_DEFAULT
數據庫默認的隔離級別，MySQL默認采用的 REPEATABLE_READ隔離級別
TransactionDefinition.ISOLATION_READ_UNCOMMITTED
最低的隔離級別，允許讀取未提交的數據變更，可能會導致臟讀、幻讀或不可重復讀。
TransactionDefinition.ISOLATION_READ_COMMITTED
允許讀取並發事務已經提交的數據，可以阻止臟讀，但是幻讀或不可重復讀仍有可能發生。
TransactionDefinition.ISOLATION_REPEATABLE_READ
對同一字段的多次讀取結果都是一致的，除非數據是被本身事務自己所修改，**可以阻止臟讀和不可重復讀，但幻讀仍有可能發生。**MySQL中通過MVCC解決了該隔離級別下出現幻讀的可能。
TransactionDefinition.ISOLATION_SERIALIZABLE
串行化隔離級別，該級別可以防止臟讀、不可重復讀以及幻讀，但是串行化會影響性能。
2.2 Spring中事務的傳播機制
為什么Spring中要搞一套事務的傳播機制呢？這是Spring給我們提供的事務增強工具，主要是解決方法之間調用，事務如何處理的問題。比如有方法A、方法B和方法C，在A中調用了方法B和方法C。偽代碼如下：
MethodA{
MethodB；
MethodC;
}
MethodB{
}
MethodC{
}
假設三個方法中都開啟了自己的事務，那么他們之間是什么關系呢？MethodA的回滾會影響MethodB和MethodC嗎？Spring中的事務傳播機制就是解決這個問題的。
Spring中定義了七種事務傳播行為：
類型
說明
PROPAGATION_REQUIRED
如果當前沒有事務，就新建一個事務，如果已經存在一個事務中，加入到這個事務中。這是最常見的選擇
PROPAGATION_SUPPORTS
支持當前事務，如果當前沒有事務，就以非事務方式執行。
PROPAGATION_MANDATORY
使用當前的事務，如果當前沒有事務，就拋出異常。
PROPAGATION_REQUIRES_NEW
新建事務，如果當前存在事務，把當前事務掛起。
PROPAGATION_NOT_SUPPORTED
以非事務方式執行操作，如果當前存在事務，就把當前事務掛起。
PROPAGATION_NEVER
以非事務方式執行，如果當前存在事務，則拋出異常。
PROPAGATION_NESTED
如果當前存在事務，則在嵌套事務內執行。如果當前沒有事務，則執行與PROPAGATION_REQUIRED類似的操作。
這七種傳播機制是如何影響事務的，感興趣的同學可以閱讀這篇文章。
3. 如何實現異常回滾的
回顧完了事務的相關知識，接下來我們正式來研究下Spring Boot中如何通過@Transactional來管理事務的，我們重點看看它是如何實現回滾的。
在Spring中TransactionInterceptor和PlatformTransactionManager這兩個類是整個事務模塊的核心，TransactionInterceptor負責攔截方法執行，進行判斷是否需要提交或者回滾事務。PlatformTransactionManager是Spring 中的事務管理接口，真正定義了事務如何回滾和提交。我們重點研究下這兩個類的源碼。
TransactionInterceptor類中的代碼有很多，我簡化一下邏輯，方便說明：
//以下代碼省略部分內容
public Object invoke(MethodInvocation invocation) throws Throwable {
//獲取事務調用的目標方法
Class<?> targetClass = (invocation.getThis() != null ? AopUtils.getTargetClass(invocation.getThis()) : null);
//執行帶事務調用
return invokeWithinTransaction(invocation.getMethod(), targetClass, invocation::proceed);
}
invokeWithinTransaction 簡化邏輯如下：
//TransactionAspectSupport.class
//省略了部分代碼
protected Object invokeWithinTransaction(Method method, @Nullable Class<?> targetClass,
final InvocationCallback invocation) throws Throwable {
Object retVal;
try {
//調用真正的方法體
retVal = invocation.proceedWithInvocation();
}
catch (Throwable ex) {
// 如果出現異常，執行事務異常處理
completeTransactionAfterThrowing(txInfo, ex);
throw ex;
}
finally {
//最后做一下清理工作，主要是緩存和狀態等
cleanupTransactionInfo(txInfo);
}
//如果沒有異常，直接提交事務。
commitTransactionAfterReturning(txInfo);
return retVal;
}
事務出現異常回滾的邏輯completeTransactionAfterThrowing如下：
//省略部分代碼
protected void completeTransactionAfterThrowing(@Nullable TransactionInfo txInfo, Throwable ex) {
//判斷是否需要回滾，判斷的邏輯就是看有沒有聲明事務屬性，同時判斷是不是在目前的這個異常中執行回滾。
if (txInfo.transactionAttribute != null && txInfo.transactionAttribute.rollbackOn(ex)) {
//執行回滾
txInfo.getTransactionManager().rollback(txInfo.getTransactionStatus());
}
else {
//否則不需要回滾，直接提交即可。
txInfo.getTransactionManager().commit(txInfo.getTransactionStatus());
}
}
}
上面的代碼已經把Spring的事務的基本原理說清楚了，如何進行判斷執行事務，如何回滾。下面到了真正執行回滾邏輯的代碼中PlatformTransactionManager接口的子類，我們以JDBC的事務為例，DataSourceTransactionManager就是jdbc的事務管理類。跟蹤上面的代碼rollback(txInfo.getTransactionStatus())可以發現最終執行的代碼如下：
@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 {
//調用jdbc的 rollback進行回滾事務。
con.rollback();
}
catch (SQLException ex) {
throw new TransactionSystemException("Could not roll back JDBC transaction", ex);
}
}
3.1 小結
這里小結下Spring 中事務的實現思路，Spring 主要依靠 TransactionInterceptor 來攔截執行方法體，判斷是否開啟事務，然后執行事務方法體，方法體中catch住異常,接着判斷是否需要回滾，如果需要回滾就委托真正的TransactionManager 比如JDBC中的DataSourceTransactionManager來執行回滾邏輯。提交事務也是同樣的道理。
4. 手寫一個注解實現事務回滾
我們弄清楚了Spring的事務執行流程，那我們可以模仿着自己寫一個注解，實現遇到指定異常就回滾的功能。這里持久層就以最簡單的JDBC為例。我們先梳理下需求，首先注解我們可以基於Spring 的AOP來實現，接着既然是JDBC,那么我們需要一個類來幫我們管理連接，用來判斷異常是否回滾或者提交。梳理完就開干吧。
4.1 首先加入依賴
<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>
4.2 新增一個注解
/**
* @description:
* @author: luozhou
* @create: 2020-03-29 17:05
**/@Target({ElementType.METHOD})@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)@Inherited@Documentedpublic @interface MyTransaction {
//指定異常回滾
Class<? extends Throwable>[] rollbackFor() default {};
}
4.3 新增連接管理器
該類幫助我們管理連接，該類的核心功能是把取出的連接對象綁定到線程上，方便在AOP處理中取出，進行提交或者回滾操作。
/**
* @description:
* @author: luozhou
* @create: 2020-03-29 21:14
**/@Componentpublic class DataSourceConnectHolder {
@Autowired
DataSource dataSource;
/**
* 線程綁定對象
*/
ThreadLocal<Connection> resources = new NamedThreadLocal<>("Transactional resources");
public Connection getConnection() {
Connection con = resources.get();
if (con != null) {
return con;
}
try {
con = dataSource.getConnection();
//為了體現事務，全部設置為手動提交事務
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();
}
}
4.4 新增一個切面
這部分是事務處理的核心，先獲取注解上的異常類，然后捕獲住執行的異常，判斷異常是不是注解上的異常或者其子類，如果是就回滾，否則就提交。
/**
* @description:
* @author: luozhou
* @create: 2020-03-29 17:08
**/@Aspect@Componentpublic class MyTransactionAopHandler {
@Autowired
DataSourceConnectHolder connectHolder;
Class<? extends Throwable>[] es;
//攔截所有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) {
//異常處理
completeTransactionAfterThrowing(throwable);
throw throwable;
}
//直接提交
doCommit();
return result;
}
/**
* 執行回滾，最后關閉連接和清理線程綁定
*/
private void doRollBack() {
try {
connectHolder.getConnection().rollback();
} catch (SQLException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
connectHolder.cleanHolder();
}
}
/**
*執行提交，最后關閉連接和清理線程綁定
*/
private void doCommit() {
try {
connectHolder.getConnection().commit();
} catch (SQLException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
connectHolder.cleanHolder();
}
}
/**
*異常處理，捕獲的異常是目標異常或者其子類，就進行回滾，否則就提交事務。
*/
private void completeTransactionAfterThrowing(Throwable throwable) {
if (es != null && es.length > 0) {
for (Class<? extends Throwable> e : es) {
if (e.isAssignableFrom(throwable.getClass())) {
doRollBack();
}
}
}
doCommit();
}
}
4.5 測試驗證
創建一個tb_test表，表結構如下：
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;
4.5.1 編寫一個Service
saveTest方法調用了2個插入語句，同時聲明了@MyTransaction事務注解，遇到NullPointerException就進行回滾，最后我們執行了除以0操作，會拋出ArithmeticException。我們用單元測試看看數據是否會回滾。
/**
* @description:
* @author: luozhou kinglaw1204@gmail.com
* @create: 2020-03-29 22:05
**/@Servicepublic class MyTransactionTest implements TestService {
@Autowired
DataSourceConnectHolder holder;
//一個事務中執行兩個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;
}
//執行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();
}
}
}
4.5.2 單元測試
@SpringBootTest@RunWith(SpringRunner.class)class SpringTransactionApplicationTests {
@Autowired
private TestService service;
@Test
void contextLoads() throws SQLException {
service.saveTest(1);
}
}
上圖代碼聲明了事務對NullPointerException異常進行回滾，運行中遇到了ArithmeticException異常，所以是不會回滾的，我們在右邊的數據庫中刷新發現數據正常插入成功了，說明並沒有回滾。
我們把回滾的異常類改為ArithmeticException,把原數據清空再執行一次，出現了ArithmeticException異常，這個時候查看數據庫是沒有記錄新增成功了，這說明事物進行回滾了，表明我們的注解起作用了。
5. 總結
本文最開始回顧了事務的相關知識，並發事務會導致臟讀、丟失修改、不可重復讀、幻讀，為了解決這些問題，數據庫中就引入了事務的隔離級別，隔離級別包括：讀未提交、讀提交、可重復讀和串行化。
Spring中增強了事務的概念，為了解決方法A、方法B和方法C之間的事務關系，引入了事務傳播機制的概念。
Spring中的@Transactional注解的事務實現主要通過TransactionInterceptor攔截器來進行實現的，攔截目標方法，然后判斷異常是不是目標異常，如果是目標異常就行進行回滾，否則就進行事務提交。
最后我們自己通過JDBC結合Spring的AOP自己寫了個@MyTransactional的注解，實現了遇到指定異常回滾的功能。
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