Spring Boot中的事务是如何实现的

今天呢！灯塔君跟大家讲：

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

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。

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：

l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。

l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。

l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。

l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。

l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{

}

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);

}

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;

}

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());

}

}

}

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);

}

}

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。

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>

4.2 新增一个注解

/**

 * @description:

 * @author: luozhou

 * @create: 2020-03-29 17:05

 **/@Target({ElementType.METHOD})@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)@Inherited@Documentedpublic @interface MyTransaction {

    //指定异常回滚

    Class<? extends Throwable>[] rollbackFor() default {};

}

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

 **/@Componentpublic 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();

    }

}

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@Componentpublic 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();

    }

}

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;

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

 **/@Servicepublic 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();

        }

    }

}

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);

    }

}

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。