从头到尾说一次 Spring 事务管理(器) | 京东云技术团队

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事务管理,一个被说烂的也被看烂的话题,还是八股文中的基础股之一。​

本文会从设计角度,一步步的剖析 Spring 事务管理的设计思路(都会设计事务管理器了,还能玩不转?)

为什么需要事务管理?

先看看如果没有事务管理器的话,如果想让多个操作(方法/类)处在一个事务里应该怎么做:

// MethodA:
public void methodA(){
    Connection connection = acquireConnection();
    try{
        int updated = connection.prepareStatement().executeUpdate();
        methodB(connection);
        connection.commit();
    }catch (Exception e){
        rollback(connection);
    }finally {
        releaseConnection(connection);
    }
}

// MethodB:
public void methodB(Connection connection){
    int updated = connection.prepareStatement().executeUpdate();
}




或者用 ThreadLocal 存储 Connection?

static ThreadLocal<Connection> connHolder = new ThreadLocal<>();

// MethodA:
public void methodA(){
    Connection connection = acquireConnection();
    connHolder.set(connection);
    try{
        int updated = connection.prepareStatement().executeUpdate();
        methodB();
        connection.commit();
    }catch (Exception e){
        rollback(connection);
    }finally {
        releaseConnection(connection);
        connHolder.remove();
    }
}

// MethodB:
public void methodB(){
    Connection connection = connHolder.get();
    int updated = connection.prepareStatement().executeUpdate();
}




还是有点恶心,再抽象一下?将绑定 Connection 的操作提取为公共方法:

static ThreadLocal<Connection> connHolder = new ThreadLocal<>();

private void bindConnection(){
    Connection connection = acquireConnection();
    connHolder.set(connection);
}

private void unbindConnection(){
    releaseConnection(connection);
    connHolder.remove();
}

// MethodA:
public void methodA(){
    try{
        bindConnection();
        int updated = connection.prepareStatement().executeUpdate();
        methoB();
        connection.commit();
    }catch (Exception e){
        rollback(connection);
    }finally {
        unbindConnection();
    }
}

// MethodB:
public void methodB(){
    Connection connection = connHolder.get();
    int updated = connection.prepareStatement().executeUpdate();
}




现在看起来好点了,不过我有一个新的需求:想让 methodB 独立一个新事务,单独提交和回滚,不影响 methodA

这……可就有点难搞了,ThreadLocal 中已经绑定了一个 Connection,再新事务的话就不好办了

那如果再复杂点呢,methodB 中需要调用 methodC,methodC 也需要一个独立事务……

而且,每次 bind/unbind 的操作也有点太傻了,万一哪个方法忘了写 unbind ,最后来一个连接泄露那不是完蛋了!

好在 Spring 提供了事务管理器,帮我们解决了这一系列痛点。

Spring 事务管理解决了什么问题?

Spring 提供的事务管理可以帮我们管理事务相关的资源,比如 JDBC 的 Connection、Hibernate 的 Session、Mybatis 的 SqlSession。如说上面的 Connection 绑定到 ThreadLocal 来解决共享一个事务的这种方式,Spring 事务管理就已经帮我们做好了。

还可以帮我们处理复杂场景下的嵌套事务,比如前面说到的 methodB/methodC 独立事务。

什么是嵌套事务?

还是拿上面的例子来说, methodA 中调用了 methodB,两个方法都有对数据库的操作,而且都需要事务:

// MethodA:
public void methodA(){
    int updated = connection.prepareStatement().executeUpdate();
    methodB();
    // ...
}

// MethodB:
public void methodB(){
    // ...
}




这种多个方法调用链中都有事务的场景,就是嵌套事务。不过要注意的是,并不是说多个方法使用一个事务才叫嵌套,哪怕是不同的事务,只要在这个方法的调用链中,都是嵌套事务。

什么是事务传播行为?

那调用链中的子方法,是用一个新事务,还是使用当前事务呢?这个子方法决定使用新事务还是当前事务(或不使用事务)的策略,就叫事务传播。

在 Spring 的事务管理中,这个子方法的事务处理策略叫做事务传播行为(Propogation Behavior)

有哪些事务传播行为?

Spring 的事务管理支持多种传播行为,这里就不贴了,八股文里啥都有。

但给这些传播行为分类之后,无非是以下三种:

  1. 优先使用当前事务

  2. 不使用当前事务,新建事务

  3. 不使用任何事务

比如上面的例子中,methodB/methodC 独立事务,就属于第 2 种传播行为 - 不使用当前事务,新建事务

看个栗子

以 Spring JDBC + Spring注解版的事务举例。在默认的事务传播行为下,methodA 和 methodB 会使用同一个 Connection,在一个事务中

@Transactional
public void methodA(){
    jdbcTemplate.batchUpdate(updateSql, params);
    methodB();
}

@Transactional
public void methodB(){
    jdbcTemplate.batchUpdate(updateSql, params);
}




如果我想让 methodB 不使用 methodA 的事务,自己新建一个连接/事务呢?只需要简单的配置一下 @Transactional 注解:

@Transactional
public void methodA(){
    jdbcTemplate.batchUpdate(updateSql, params);
    methodB();
}

// 传播行为配置为 - 方式2,不使用当前事务,独立一个新事务
@Transactional(propagation = Propagation.REQUIRES_NEW)
public void methodB(){
    jdbcTemplate.batchUpdate(updateSql, params);
}




就是这么简单,获取 Connection/多方法共享 Connection/多方法共享+独享 Connection/提交/释放连接之类的操作,完全不需要我们操心,Spring 都替我们做好了。

怎么回滚?

在注解版的事务管理中,默认的的回滚策略是:抛出异常就回滚。这个默认策略挺好,连回滚都帮我们解决了,再也不用手动回滚。

但是如果在嵌套事务中,子方法独立新事务呢?这个时候哪怕抛出异常,也只能回滚子事务,不能直接影响前一个事务

可如果这个抛出的异常不是 sql 导致的,比如校验不通过或者其他的异常,此时应该将当前的事务回滚吗?

这个还真不一定,谁说抛异常就要回滚,异常也不回滚行不行?

当然可以!抛异常和回滚事务本来就是两个问题,可以连在一起,也可以分开处理

// 传播行为配置为 - 方式2,不使用当前事务,独立一个新事务

// 指定 Exception 也不会滚
@Transactional(propagation = Propagation.REQUIRES_NEW, noRollbackFor = Exception.class)
public void methodB(){
    jdbcTemplate.batchUpdate(updateSql, params);
}




每个事务/连接使用不同配置

除了传播和回滚之外,还可以给每个事务/连接使用不同的配置,比如不同的隔离级别:

@Transactional
public void methodA(){
    jdbcTemplate.batchUpdate(updateSql, params);
    methodB();
}

// 传播行为配置为 - 方式2,不使用当前事务,独立一个新事务
// 这个事务/连接中使用 RC 隔离级别,而不是默认的 RR
@Transactional(propagation = Propagation.REQUIRES_NEW, isolation = Isolation.READ_UNCOMMITTED)
public void methodB(){
    jdbcTemplate.batchUpdate(updateSql, params);
}




除了隔离级别之外,其他的 JDBC Connection 配置当然也是支持的,比如 readOnly。这样一来,虽然我们不用显示的获取 connection/session,但还是可以给嵌套中的每一个事务配置不同的参数,非常灵活。

功能总结

好了,现在已经了解了 Spring 事务管理的所有核心功能,来总结一下这些核心功能点:

  1. 连接/资源管理 - 无需手动获取资源、共享资源、释放资源

  2. 嵌套事务的支持 - 支持嵌套事务中使用不同的资源策略、回滚策略

  3. 每个事务/连接使用不同的配置

事务管理器(TransactionManager)模型

其实仔细想想,事务管理的核心操作只有两个:提交和回滚。前面所谓的传播、嵌套、回滚之类的,都是基于这两个操作。

所以 Spring 将事务管理的核心功能抽象为一个事务管理器(Transaction Manager),基于这个事务管理器核心,可以实现多种事务管理的方式。

这个核心的事务管理器只有三个功能接口:

  1. 获取事务资源,资源可以是任意的,比如jdbc connection/hibernate mybatis session之类,然后绑定并存储

  2. 提交事务- 提交指定的事务资源

  3. 回滚事务- 回滚指定的事务资源

interface PlatformTransactionManager{
    // 获取事务资源,资源可以是任意的,比如jdbc connection/hibernate mybatis session之类
    TransactionStatus getTransaction(TransactionDefinition definition)
            throws TransactionException;

    // 提交事务
    void commit(TransactionStatus status) throws TransactionException;

    // 回滚事务
    void rollback(TransactionStatus status) throws TransactionException;
}




事务定义 - TransactionDefinition

还记得上面的 @Transactional 注解吗,里面定义了传播行为、隔离级别、回滚策略、只读之类的属性,这个就是一次事务操作的定义。

在获取事务资源时,需要根据这个事务的定义来进行不同的配置:

  1. 比如配置了使用新事务,那么在获取事务资源时就需要创建一个新的,而不是已有的

  2. 比如配置了隔离级别,那么在首次创建资源(Connection)时,就需要给 Connection 设置 propagation

  3. 比如配置了只读属性,那么在首次创建资源(Connection)时,就需要给 Connection 设置 readOnly

为什么要单独用一个 TransactionDefinition 来存储事务定义,直接用注解的属性不行吗?

当然可以,但注解的事务管理只是 Spring 提供的自动挡,还有适合老司机的手动挡事务管理(后面会介绍);手动挡可用不了注解,所以单独建一个事务定义的模型,这样就可以实现通用。

事务状态 - TransactionStatus

那既然嵌套事务下,每个子方法的事务可能不同,所以还得有一个子方法事务的状态 - TransactionStatus,用来存储当前事务的一些数据和状态,比如事务资源(Connection)、回滚状态等。

获取事务资源

事务管理器的第一步,就是根据事务定义来获取/创建资源了,这一步最麻烦的是要区分传播行为,不同传播行为下的逻辑不太一样。

“默认的传播行为下,使用当前事务”,怎么算有当前事务呢?

把事务资源存起来嘛,只要已经存在那就是有当前事务,直接获取已存储的事务资源就行。文中开头的例子也演示了,如果想让多个方法无感的使用同一个事务,可以用 ThreadLocal 存储起来,简单粗暴。

Spring 也是这么做的,不过它实现的更复杂一些,抽象了一层事务资源同步管理器 - TransactionSynchronizationManager(本文后面会简称 TxSyncMgr),在这个同步管理器里使用 ThreadLocal 存储了事务资源(本文为了方便理解,尽可能的不贴非关键源码)。

剩下的就是根据不同传播行为,执行不同的策略了,分类之后只有 3 个条件分支:

  1. 当前有事务 - 根据不同传播行为处理不同

  2. 当前没事务,但需要开启新事务

  3. 彻底不用事务 - 这个很少用

public final TransactionStatus getTransaction(TransactionDefinition definition) {
    //创建事务资源 - 比如 Connection
    Object transaction = doGetTransaction();

    if (isExistingTransaction(transaction)) {
        // 处理当前已有事务的场景
        return handleExistingTransaction(def, transaction, debugEnabled);
    }else if (def.getPropagationBehavior() == TransactionDefinition.PROPAGATION_REQUIRED ||
                def.getPropagationBehavior() == TransactionDefinition.PROPAGATION_REQUIRES_NEW ||
                def.getPropagationBehavior() == TransactionDefinition.PROPAGATION_NESTED){

        // 开启新事务
        return startTransaction(def, transaction, debugEnabled, suspendedResources);
    }else {
        // 彻底不用事务
    }

    // ...
}




先介绍一下分支 2 - 当前没事务,但需要开启新事务,这个逻辑相对简单一些。只需要新建事务资源,然后绑定到 ThreadLocal 即可:

private TransactionStatus startTransaction(TransactionDefinition definition, Object transaction,
            boolean debugEnabled, SuspendedResourcesHolder suspendedResources) {

        // 创建事务
        DefaultTransactionStatus status = newTransactionStatus(
                definition, transaction, true, newSynchronization, debugEnabled, suspendedResources);

        // 开启事务(beginTx或者setAutoCommit之类的操作)
        // 然后将事务资源绑定到事务资源管理器 TransactionSynchronizationManager
        doBegin(transaction, definition);




现在回到分支1 - 当前有事务 - 根据不同传播行为处理不同,这个就稍微有点麻烦了。因为有子方法独立事务的需求,可是 TransactionSynchronizationManager 却只能存一个事务资源。

挂起(Suspend)和恢复(Resume)

Spring 采用了一种挂起(Suspend) - 恢复(Resume)的设计来解决这个嵌套资源处理的问题。当子方法需要独立事务时,就将当前事务挂起,从 TxSyncMgr 中移除当前事务资源,创建新事务的状态时,将挂起的事务资源保存至新的事务状态 TransactionStatus 中;在子方法结束时,只需要再从子方法的事务状态中,再次拿出挂起的事务资源,重新绑定至 TxSyncMgr 即可完成恢复的操作。
​ 整个挂起 - 恢复的流程,如下图所示:
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注意:挂起操作是在获取事务资源这一步做的,而恢复的操作是在子方法结束时(提交或者回滚)中进行的。

这样一来,每个 TransactionStatus 都会保存挂起的前置事务资源,如果方法调用链很长,每次都是新事务的话,那这个 TransactionStatus 看起来就会像一个链表:
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提交事务

获取资源、操作完毕后来到了提交事务这一步,这个提交操作比较简单,只有两步:

  1. 当前是新事务才提交

  2. 处理挂起资源

怎么知道是新事务?
​ 每经过一次事务嵌套,都会创建一个新的 TransactionStatus,这个事务状态里会记录当前是否是新事务。如果多个子方法都使用一个事务资源,那么除了第一个创建事务资源的 TransactionStatus 之外,其他都不是新事务。

如下图所示,A -> B -> C 时,由于 BC 都使用当前事务,那么虽然 ABC 所使用的事务资源是一样的,但是只有 A 的 TransactionStatus 是新事务,BC 并不是;那么在 BC 提交事务时,就不会真正的调用提交,只有回到 A 执行 commit 操作时,才会真正的调用提交操作。
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这里再解释下,为什么新事务才需要提交,而已经有事务却什么都不用做:

因为对于新事务来说,这里的提交操作已经是事务完成了;而对于非新事务的场景,前置事务(即当前事务)还没有执行完,可能后面还有其他数据库操作,所以这个提交的操作得让当前事务创建方去做,这里并不能提交。

回滚事务

除了提交,还有回滚呢,回滚事务的逻辑和提交事务类似:

  1. 如果是新事务才回滚,原因上面已经介绍过了

  2. 如果不是新事务则只设置回滚标记

  3. 处理挂起资源

注意:事务管理器是不包含回滚策略这个东西的,回滚策略是 AOP 版的事务管理增强的功能,但这个功能并不属于核心的事务管理器

自动挡与手动挡

Spring 的事务管理功能都是围绕着上面这个事务管理器运行的,提供了三种管理事务的方式,分别是:

  1. XML AOP 的事务管理 - 比较古老现在用的不多

  2. 注解版本的事务管理 - @Transactional

  3. TransactionTemplate - 手动挡的事务管理,也称编程式事务管理

自动挡

XML/@Transactional 两种基于 AOP 的注解管理,其入口类是 TransactionInterceptor,是一个 AOP 的 Interceptor,负责调用事务管理器来实现事务管理。

因为核心功能都在事务管理器里实现,所以这个 AOP Interceptor 很简单,只是调用一下事务管理器,核心(伪)代码如下:

public Object invoke(MethodInvocation invocation) throws Throwable {

    // 获取事务资源
    Object transaction = transactionManager.getTransaction(txAttr);    
    Object retVal;

    try {
        // 执行业务代码
        retVal = invocation.proceedWithInvocation();

        // 提交事务
        transactionManager.commit(txStatus);
    } catch (Throwable ex){
        // 先判断异常回滚策略,然后调用事务管理器的 rollback
        rollbackOn(ex, txStatus);
    } 
}




并且 AOP 这种自动挡的事务管理还增加了一个回滚策略的玩法,这个是手动挡 TransactionTemplate 所没有的,但这个功能并不在事务管理器中,只是 AOP 版事务的一个增强。

手动挡

TransactionTemplate这个是手动挡的事务管理,虽然没有注解的方便,但是好在灵活,异常/回滚啥的都可以自己控制。

所以这个实现更简单,连异常回滚策略都没有,特殊的回滚方式还要自己设置(默认是任何异常都会回滚),核心(伪)代码如下:

public <T> T execute(TransactionCallback<T> action) throws TransactionException {

    // 获取事务资源
    TransactionStatus status = this.transactionManager.getTransaction(this);
    T result;
    try {

        // 执行 callback 业务代码
        result = action.doInTransaction(status);
    }
    catch (Throwable ex) {

        // 调用事务管理器的 rollback
        rollbackOnException(status, ex);
    }

    提交事务
    this.transactionManager.commit(status);
    }
}




为什么有这么方便的自动挡,还要手动挡?

因为手动挡更灵活啊,想怎么玩就怎么玩,比如我可以在一个方法中,执行多个数据库操作,但使用不同的事务资源:

Integer rows = new TransactionTemplate((PlatformTransactionManager) transactionManager,
                                       new DefaultTransactionDefinition(TransactionDefinition.ISOLATION_READ_UNCOMMITTED))
    .execute(new TransactionCallback<Integer>() {
        @Override
        public Integer doInTransaction(TransactionStatus status) {
            // update 0
            int rows0 = jdbcTemplate.update(...);

            // update 1
            int rows1 = jdbcTemplate.update(...);
            return rows0 + rows1;
        }
    });

Integer rows2 = new TransactionTemplate((PlatformTransactionManager) transactionManager,
                                        new DefaultTransactionDefinition(TransactionDefinition.ISOLATION_READ_UNCOMMITTED))
    .execute(new TransactionCallback<Integer>() {
        @Override
        public Integer doInTransaction(TransactionStatus status) {

            // update 2
            int rows2 = jdbcTemplate.update(...);
            return rows2;
        }
    });




在上面这个例子里,通过 TransactionTemplate 我们可以精确的控制 update0/update1 使用同一个事务资源和隔离级别,而 update2 单独使用一个事务资源,并且不需要新建类加注解的方式。

手自一体可以吗?

当然可以,只要我们使用的是同一个事务管理器的实例,因为绑定资源到同步资源管理器这个操作是在事务管理器中进行的。

AOP 版本的事务管理里,同样可以使用手动挡的事务管理继续操作,而且还可以使用同一个事务资源 。

比如下面这段代码,update1/update2 仍然在一个事务内,并且 update2 的 callback 结束后并不会提交事务,事务最终会在 methodA 结束时,TransactionInterceptor 中才会提交

@Transactional
public void methodA(){

    // update 1
    jdbcTemplate.update(...);
    new TransactionTemplate((PlatformTransactionManager) transactionManager,
                                        new DefaultTransactionDefinition(TransactionDefinition.ISOLATION_READ_UNCOMMITTED))
    .execute(new TransactionCallback<Integer>() {
        @Override
        public Integer doInTransaction(TransactionStatus status) {

            // update 2
            int rows2 = jdbcTemplate.update(...);
            return rows2;
        }
    });

}




总结

Spring 的事务管理,其核心是一个抽象的事务管理器,XML/@Transactional/TransactionTemplate 几种方式都是基于这个事务管理器的,三中方式的核心实现区别并不大,只是入口不同而已。

从头到尾说一次 Spring 事务管理(器) | 京东云技术团队
​ 本文为了方便理解,省略了大量的非关键实现细节,可能会导致有部分描述不严谨的地方,如有问题欢迎评论区留言。

作者:京东保险 蒋信

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