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Android 存储优化系列专题
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《Android 存储选项之 ContentProvider 深入分析》
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《Android 数据序列化之 Protocol Buffer 源码分析》
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《Android 存储选项之 SQLiteDatabase 创建过程源码分析》
《Android 存储选项之 SQLiteDatabase 源码分析》
《数据库连接池 SQLiteConnectionPool 源码分析》
《SQLiteDatabase 启用事务源码分析》
《SQLite 数据库 WAL 模式工作原理简介》
《SQLite 数据库锁机制与事务简介》
《SQLite 数据库优化那些事儿》
在 SQLite 存储系列的前面几篇文章中，详细分析了 Android 提供的数据库操作框架 SQLiteDatabase，它可以说是整个数据库框架最核心的类，除了数据库的基本操作外，Android 也很看重 SQLite 事务管理。SQLiteDatabase 中有很多方法是用来启动、结束和管理事务的。今天我们就来聊聊 SQLiteDatabase 为事务提供的便利操作。
SQLite 事务简介
SQLite 有三种不同的事务，使用不同的锁状态。事务可以开始于：DEFERRED、IMMEDIATE 或 EXCLUSIVE。事务类型在 BEGIN 命令中指定：BEGIN [DEFERRED | IMMEDIATE | EXCLUSIVE] TRANSACTION；
一个 DEFERRED 事务不获取任何锁（直到它需要锁的时候），BEGIN 语句本身也不会做什么事情——它开始与 UNLOCK 状态。默认情况下就是这样的，如果仅仅用 BEGIN 开始一个事务，那么事务就是 DEFERRED 的，同时它不会获取任何锁；当对数据库进行第一次读操作时，它会获取 SHARED 锁；同样，当进行第一次写操作时，它会获取 RESERVED 锁。由 BEGIN 开始的 IMMEDIATE 事务会尝试获取 RESERVED 锁。如果成功，BEGIN IMMEDIATE 保证没有别的连接可以写数据库。但是，别的连接可以对数据库进行读操作；RESERVED 锁会阻止其它连接的 BEGIN IMMEDIATE 或者 BEGIN EXCLUSIVE 命令，当其它连接执行上述命令时，会返回 SQLITE_BUSY 错误。
简单来说，SQLite 为了保证最大化的并发支持，采用的是锁逐步上升机制，它允许多线程同时读取数据库数据，但是写数据库依然是互斥的。关于这块的更多内容可以参考《SQLite 锁机制与事务简介》
在前面文章也有简单提到过系统提供的事务开启、结束和管理的相关方法。
//启用事务
void beginTransaction()
void beginTransactionWithListener(SQLiteTransactionListener transactionListener)
//结束事务
void endTransaction()
boolean inTransacetion()
//标志事务是否成功
void setTransactionSuccessful()
beginTransaction() 启动 SQLite 事务，endTransaction() 结束当前的事务。重要的是，决定事务是否被提交或者回滚取决于事务是否被标注了 “clean”。setTrancactionSuccessful() 函数用来设置这个标志位，这个额外的步骤刚开始让人反感，但事实上它保证了在事务提交前对所做更改的检查。如果不存在事务或者事务已经是成功状态，那么 setTransactionSuccessful() 函数就会抛出 IllegalStateException 异常。
下面我们看下事务相关源码的具体实现。
- 启用事务
//开始事务方法一
public void beginTransaction() {
beginTransaction(null /* transactionStatusCallback */, true);
}
//开启事务方法二
public void beginTransactionNonExclusive() {
beginTransaction(null /* transactionStatusCallback */, false);
}
//开启事务方法三
public void beginTransactionWithListener(SQLiteTransactionListener transactionListener) {
beginTransaction(transactionListener, true);
}
//开始事务方法四
public void beginTransactionWithListenerNonExclusive(
SQLiteTransactionListener transactionListener) {
beginTransaction(transactionListener, false);
}
如上，从方法的命名我们也可以看出，方法一和方法三属于一类，区别在于 SQLiteTransactionListener 监听事务执行过程。
public interface SQLiteTransactionListener {
/**
* Called immediately after the transaction begins.
*/
void onBegin();
/**
* Called immediately before commiting the transaction.
*/
void onCommit();
/**
* Called if the transaction is about to be rolled back.
*/
void onRollback();
}
然后方法二和方法四是启用非 EXCLUSIVE 事务，这里实际是 IMMEDIATE 事务类型。方法四同样可以监听事务的执行过程。
上面启用事务最终都会调用下面这个方法：
private void beginTransaction(SQLiteTransactionListener transactionListener,
boolean exclusive) {
acquireReference();
try {
//getThreadSession()返回SQLiteSession
getThreadSession().beginTransaction(
exclusive ? SQLiteSession.TRANSACTION_MODE_EXCLUSIVE :
SQLiteSession.TRANSACTION_MODE_IMMEDIATE,
transactionListener,
getThreadDefaultConnectionFlags(false /*readOnly*/), null);
} finally {
releaseReference();
}
}
调用 getThreadSession().beginTransaction()，这里实际调用到 SQLiteSession 的 beginTransaction 方法。关于 SQLiteSession 前面我们有多次分析到，如果还不熟悉可以参考《Android 存储选项之 SQLiteDatabase 源码分析》。
需要注意，exclusive 参数在启用事务方法一和方法三传递的都是 true，我们直接跟进 SQLiteSession 的 beginTransaction 方法：
//transactionMode 事务模式：SQLiteSession.TRANSACTION_MODE_EXCLUSIVE/SQLiteSession.TRANSACTION_MODE_IMMEDIATE
public void beginTransaction(int transactionMode,
SQLiteTransactionListener transactionListener, int connectionFlags,
CancellationSignal cancellationSignal) {
throwIfTransactionMarkedSuccessful();
beginTransactionUnchecked(transactionMode, transactionListener, connectionFlags,
cancellationSignal);
}
private void beginTransactionUnchecked(int transactionMode,
SQLiteTransactionListener transactionListener, int connectionFlags,
CancellationSignal cancellationSignal) {
if (cancellationSignal != null) {
//是否取消了本次任务，以抛出异常的方式结束
cancellationSignal.throwIfCanceled();
}
// 事务以栈的方式存储执行
if (mTransactionStack == null) {
// 当前SQLiteSession首次执行事务，获取一个SQLiteConnection
acquireConnection(null, connectionFlags, cancellationSignal); // might throw
}
try {
// Set up the transaction such that we can back out safely
// in case we fail part way.
if (mTransactionStack == null) {
// 首次执行事务
// 否则事务将以栈的方式保存
// Execute SQL might throw a runtime exception.
switch (transactionMode) {
case TRANSACTION_MODE_IMMEDIATE:
// IMMEDIATE 事务类型
// 执行SQLiteConnection的execute
mConnection.execute("BEGIN IMMEDIATE;", null,
cancellationSignal); // might throw
break;
case TRANSACTION_MODE_EXCLUSIVE:
// EXCLUSIVE 事务类型
mConnection.execute("BEGIN EXCLUSIVE;", null,
cancellationSignal); // might throw
break;
default:
// 默认延迟事务类型
mConnection.execute("BEGIN;", null, cancellationSignal); // might throw
break;
}
}
// Listener might throw a runtime exception.
if (transactionListener != null) {
try {
//通知监听者事务开始
transactionListener.onBegin(); // might throw
} catch (RuntimeException ex) {
if (mTransactionStack == null) {
mConnection.execute("ROLLBACK;", null, cancellationSignal); // might throw
}
throw ex;
}
}
// Bookkeeping can't throw, except an OOM, which is just too bad...
// Transaction通过复用来获取，
Transaction transaction = obtainTransaction(transactionMode, transactionListener);
// 存在多个事务时，事务之间以栈的方式存储（链表形式）
transaction.mParent = mTransactionStack;
//当前事务的栈底（最后一个事务）
mTransactionStack = transaction;
} finally {
if (mTransactionStack == null) {
releaseConnection(); // might throw
}
}
}
在当前 SQLiteSession 首次执行事务 if (mTransactionStack == null)，则会根据参数 transactionMode 开启相应的事务类型。
事务的最终执行还是交给 SQLiteConnection 中，通过 native 方法调用到 SQLite。然后多个事务之间通过栈的方式存储（链表结构）。看下表示事务 Transaction 对象的创建过程：
//表示事务的Transaction以复用的方式获取
private Transaction obtainTransaction(int mode, SQLiteTransactionListener listener) {
//复用最后一个recycleTransaction后的Transaction
Transaction transaction = mTransactionPool;
if (transaction != null) {
//当前需要被使用
//将mTransactionPool指向当前Transaction的上一个
mTransactionPool = transaction.mParent;
transaction.mParent = null;
transaction.mMarkedSuccessful = false;
transaction.mChildFailed = false;
} else {
//直接创建
transaction = new Transaction();
}
transaction.mMode = mode;
transaction.mListener = listener;
return transaction;
}
Transaction 类的定义：
//Transaction是一个链表结构
private static final class Transaction {
public Transaction mParent;
public int mMode;
public SQLiteTransactionListener mListener;
//当前事务是否执行成功
public boolean mMarkedSuccessful;
//标志上一个事务是否执行成功
public boolean mChildFailed;
}
Transaction 对象的回收过程：
//□ <- □ <- □（这个表示当前回收的）
private void recycleTransaction(Transaction transaction) {
//当前mTransactionPool作为parent
transaction.mParent = mTransactionPool;
transaction.mListener = null;
//将刚被释放的Transaction再作为当前的mTransactionPool
mTransactionPool = transaction;
}
SQLiteSession 中通过 mTransactionPool 变量实现事务对象的复用机制，Transaction 是一个链表结构，内部持有自身类型的 Parent。
//事务复用池
private Transaction mTransactionPool;
//它的存储结构 □ <- □ <- □（表示 mTransactionPool，最后一个回收的 Transaction）
然后，当前任务的多个事务也是通过链表的方式进行保存
//当前任务要执行的事务栈
private Transaction mTransactionStack;
//它的存储结构 □ <- □ <- □（最后一个事务）
mTransactionStack 表示当前任务的最后一个事务对象。
- 标记当前事务执行成功
public void setTransactionSuccessful() {
//如果没有开启过事务抛出异常
throwIfNoTransaction();
//同一个事务不能二次执行
throwIfTransactionMarkedSuccessful();
//标志当前事务执行成功
mTransactionStack.mMarkedSuccessful = true;
}
需要注意，如果我们在当前任务从来未开启过事务会直接抛出异常：
private void throwIfNoTransaction() {
if (mTransactionStack == null) {
throw new IllegalStateException("Cannot perform this operation because "
+ "there is no current transaction.");
}
}
- 判断当前任务是否存在事务
public boolean inTransaction() {
acquireReference();
try {
//这里主要就是判断事务栈是否为null
return getThreadSession().hasTransaction();
} finally {
releaseReference();
}
}
方法 throwIfTransactionMarkedSuccessful 表示同一个事务不能二次通知执行成功。
- 结束一个事务
public void endTransaction() {
acquireReference();
try {
//调用SQLiteSession的endTransaction
getThreadSession().endTransaction(null);
} finally {
releaseReference();
}
}
//实际调用如下
public void endTransaction(CancellationSignal cancellationSignal) {
//如果从未开启过事务，会抛出异常
throwIfNoTransaction();
assert mConnection != null;
endTransactionUnchecked(cancellationSignal, false);
}
private void endTransactionUnchecked(CancellationSignal cancellationSignal, boolean yielding) {
if (cancellationSignal != null) {
//如果取消了则会抛出异常，表示本次执行结束
cancellationSignal.throwIfCanceled();
}
//事务栈的栈顶（实际就是最后一个事务）
final Transaction top = mTransactionStack;
//标志当前事务是否执行成功
//mMarkedSuccessful在setTransactionSuccessful中改变状态
//mChildFailed是考虑当前执行的事务栈，表示当前事务的子事务是否执行失败，默认false
//整个事务栈中如果有一个事务执行失败，会导致整个事务的执行失败
boolean successful = (top.mMarkedSuccessful || yielding) && !top.mChildFailed;
RuntimeException listenerException = null;
//当前事务的执行过程监听器
final SQLiteTransactionListener listener = top.mListener;
if (listener != null) {
try {
if (successful) {
//通知事务将要被提交
listener.onCommit(); // might throw
} else {
//通知事务失败将要被回滚
listener.onRollback(); // might throw
}
} catch (RuntimeException ex) {
listenerException = ex;
successful = false;
}
}
//当前事务的parent
mTransactionStack = top.mParent;
//回收当前事务
recycleTransaction(top);
//判断当前要执行的事务栈是否全部执行完成
if (mTransactionStack != null) {
if (!successful) {
//表示当前事务执行失败
mTransactionStack.mChildFailed = true;
}
} else {
//已经是栈底事务
try {
if (successful) {
//如果成功则提交本次事务
mConnection.execute("COMMIT;", null, cancellationSignal); // might throw
} else {
//否则回滚本次事务
mConnection.execute("ROLLBACK;", null, cancellationSignal); // might throw
}
} finally {
releaseConnection(); // might throw
}
/**
* 多个事务被保存成栈的方式处理，最后一个开启的事务自然在栈顶
* 整个事务栈只要有一个事务执行失败，会导致整个事务的失败而回滚
* */
}
if (listenerException != null) {
throw listenerException;
}
}
结束事务将会以栈的方式进行处理（这里说的是将最后一个事务表示栈顶事务），在整个任务事务周期中，如果某个事务没有成功，则会进行标记 mChildFailed = true，直到栈底事务（第一个事务），可以看到只要有一个事务执行失败最终的计算都会为 false。
//top.mChildFailed标志上一个事务是否执行成功
boolean successful = (top.mMarkedSuccessful || yielding) && !top.mChildFailed;
此时将会导致整个事务执行回滚。
//已经是栈底事务
try {
if (successful) {
//如果成功则提交本次事务
mConnection.execute("COMMIT;", null, cancellationSignal); // might throw
} else {
//否则回滚本次事务
mConnection.execute("ROLLBACK;", null, cancellationSignal); // might throw
}
}
小结
SQLiteDatabase 允许在同一个任务中指定多个事务，事务之间以栈的方式存储和被执行，整个任务中只要有一个事务执行失败，就会导致本次任务的全部回滚。
不过 SQLiteDatabase 中好像并没有提供启用默认事务的方法，事务方法总是以 IMMEDIATE 或 EXCLUSIVE 开始，这主要是为解决潜在可能发生的死锁问题。
以上便是 Android 系统为支撑 SQLite 事务提供的方法支持，整个过程其实并不难理解，不过要想彻底理解 SQLite 事务管理，还需要结合 SQLite 存储系列的其它文章。这里也推荐一些进阶学习资料。
文中如有不妥或有更好的分析结果，欢迎大家指出；如果对你有帮助还可以继续阅读，文章开头给出的 SQLite 存储系列的其他内容。
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