五分鐘教你手寫 SpringBoot 本地事務管理實現
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1. SpringBoot 事務
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,最後我們結合源碼的理解,自己動手寫一個類似的註解來實現事務管理,幫助我們加深理解。
1.1. 事務的隔離級別
事務為什麼需要隔離級別呢?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:
- 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,這就導致瞭數據不一致的問題。
- 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修改的數據被丟失瞭。
- 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瞭,導致瞭在整個A事務期間,兩次讀取數據X不一致瞭,這就是不可重復讀。
- 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,隻有3條數據,這個時候B事務插入瞭2條數據,當A事務再次讀取的時候,發現有5條記錄瞭,平白無故多瞭2條記錄,就像幻覺一樣。
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瞭,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,為瞭避免上述的問題,事務中就有瞭隔離級別的概念,在Spring中定義瞭五種表示隔離級別的常量 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。
- 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。
- 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。
- 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解決瞭該隔離級別下出現幻讀的可能。
- 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。
1.2. Spring中事務的傳播機制
為什麼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中調用瞭方法B和方法C。偽代碼如下:
MethodA() { MethodB(); MethodC(); }
假設三個方法中都開啟瞭自己的事務,那麼他們之間是什麼關系呢?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中定義瞭七種事務傳播行為:
- PROPAGATION_REQUIRED: 如果存在一個事務,則支持當前事務。如果沒有事務則開啟一個新的事務。
- PROPAGATION_SUPPORTS: 如果存在一個事務,支持當前事務。如果沒有事務,則非事務的執行。但是對於事務同步的事務管理器,PROPAGATION_SUPPORTS與不使用事務有少許不同。
- PROPAGATION_MANDATORY: 如果已經存在一個事務,支持當前事務。如果沒有一個活動的事務,則拋出異常。
- PROPAGATION_REQUIRES_NEW: 總是開啟一個新的事務。如果一個事務已經存在,則將這個存在的事務掛起。
- PROPAGATION_NOT_SUPPORTED: 總是非事務地執行,並掛起任何存在的事務。
- PROPAGATION_NEVER: 總是非事務地執行,如果存在一個活動事務,則拋出異常。
- PROPAGATION_NESTED: 如果一個活動的事務存在,則運行在一個嵌套的事務中。 如果沒有活動事務, 則按 TransactionDefinition.PROPAGATION_REQUIRED 屬性執行。
1.3. Spring中事務如何實現異常回滾的
回顧完瞭事務的相關知識,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,我們重點研究下這兩個類的源碼。
- 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,真正定義瞭事務如何回滾和提交。
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:
// 以下代碼省略部分內容 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 { // 最後做一下清理工作,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:
// 以下代碼省略部分內容 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瞭,如何進行判斷執行事務,如何回滾。下面到瞭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); } }
這裡小結下 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,然後執行事務方法體,方法體中 catch 住異常,接著判斷是否需要回滾,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。
這裡用個流程圖展示下思路:
2. 手寫註解實現事務回滾
我們弄清楚瞭 Spring 的事務執行流程,那我們可以模仿著自己寫一個註解,實現遇到指定異常就回滾的功能。這裡持久層就以最簡單的 JDBC 為例。我們先梳理下需求,首先註解我們可以基於 Spring 的 AOP 來實現,接著既然是 JDBC,那麼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。
2.1. Maven 加入依賴
<dependency> <groupId>org.springframework.boot</groupId> <artifactId>spring-boot-starter-aop</artifactId> </dependency> <dependency> <groupId>org.springframework.boot</groupId> <artifactId>spring-boot-starter-jdbc</artifactId> </dependency>
2.2. 新建一個註解
@Target({ElementType.METHOD}) @Retention(RetentionPolicy.RUNTIME) @Inherited @Documented public @interface MyTransaction { // 指定異常回滾 Class<? extends Throwable>[] rollbackFor() default {}; }
2.3. 新建連接管理器
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。
@Component public class DataSourceConnectHolder { @Autowired private 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(); // 為瞭體現事務,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(); } }
2.4. 新建一個切面
這部分是事務處理的核心,先獲取註解上的異常類,然後捕獲住執行的異常,判斷異常是不是註解上的異常或者其子類,如果是就回滾,否則就提交。
@Aspect @Component public class MyTransactionAopHandler { @Autowired private DataSourceConnectHolder connectHolder; Class<? extends Throwable>[] es; // 攔截所有MyTransaction註解的方法 @org.aspectj.lang.annotation.Pointcut("@annotation(你的包路徑.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,最後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,最後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(); } }
2.4. 編寫一個 Service
saveTest 方法調用瞭2個插入語句,同時聲明瞭 @MyTransaction 事務註解,遇到 Exception 就進行回滾。
@Service public class MyTransactionTest { @Autowired private DataSourceConnectHolder holder; // 一個事務中執行兩個sql插入 @MyTransaction(rollbackFor = NullPointerException.class) public void saveTest(int id) { save(id, "白菜Java自習室"); save(id + 10, "白菜Java自習室"); throw new RuntimeException(); } // 執行sql private void save(int id, String value) { String sql = "insert into test values(?,?)"; Connection connection = holder.getConnection(); PreparedStatement stmt = null; try { stmt = connection.prepareStatement(sql); stmt.setInt(1, id); stmt.setString(2, value); stmt.executeUpdate(); } catch (SQLException e) { e.printStackTrace(); } } }
我們自己通過 JDBC 結合 Spring 的 AOP 自己寫瞭個 @MyTransactional 的註解,實現瞭遇到指定異常回滾的功能。
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