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深入理解Spring事务的基本原理、传播属性、隔离级别

分类: 文章 • 2024-01-05 12:36:52

一、事务的定义

事务是指多个操作单元组成的合集，多个单元操作是整体不可分割的，要么都操作不成功，要么都成功。其必须遵循四个原则（ACID）。

  1. 原子性（Atomicity）：即事务是不可分割的最小工作单元，事务内的操作要么全做，要么全不做；
  2. 一致性（Consistency）：在事务执行前数据库的数据处于正确的状态，而事务执行完成后数据库的数据还是应该处于正确的状态，即数据完整性约束没有被破坏；如银行转帐，A转帐给B，必须保证A的钱一定转给B，一定不会出现A的钱转了但B没收到，否则数据库的数据就处于不一致（不正确）的状态。
  3. 隔离性（Isolation）：并发事务执行之间互不影响，在一个事务内部的操作对其他事务是不产生影响，这需要事务隔离级别来指定隔离性；
  4. 持久性（Durability）：事务一旦执行成功，它对数据库的数据的改变必须是永久的，不会因比如遇到系统故障或断电造成数据不一致或丢失。

深入理解Spring事务的基本原理、传播属性、隔离级别根据底层所使用的不同的持久化 API 或框架，使用如下：

  • DataSourceTransactionManager：适用于使用JDBC和iBatis进行数据持久化操作的情况，在定义时需要提供底层的数据源作为其属性，也就是 DataSource。
  • HibernateTransactionManager：适用于使用Hibernate进行数据持久化操作的情况，与 HibernateTransactionManager 对应的是 SessionFactory。
  • JpaTransactionManager：适用于使用JPA进行数据持久化操作的情况，与 JpaTransactionManager 对应的是 EntityManagerFactory。

 

二、事务的分类

  1. 数据库分为本地事务跟全局事务
    • 本地事务：普通事务，独立一个数据库，能保证在该数据库上操作的ACID。
    • 分布式事务：涉及两个或多个数据库源的事务，即跨越多台同类或异类数据库的事务（由每台数据库的本地事务组成的），分布式事务旨在保证这些本地事务的所有操作的ACID，使事务可以跨越多台数据库；
  2. Java事务类型分为JDBC事务跟JTA事务
    • JDBC事务：即为上面说的数据库事务中的本地事务，通过connection对象控制管理。
    • JTA事务：JTA指Java事务API(Java Transaction API)，是Java EE数据库事务规范， JTA只提供了事务管理接口，由应用程序服务器厂商（如WebSphere Application Server）提供实现，JTA事务比JDBC更强大，支持分布式事务。
  3. 按是否通过编程分为声明式事务和编程式事务，参考http://blog.****.net/liaohaojian/article/details/70139151
    • 声明式事务：通过XML配置或者注解实现。
    • 编程式事务：通过编程代码在业务逻辑时需要时自行实现，粒度更小。

 

三、事务的基本原理

Spring事务的本质其实就是数据库对事务的支持，没有数据库的事务支持，spring是无法提供事务功能的。对于纯JDBC操作数据库，想要用到事务，可以按照以下步骤进行：

  1. 获取连接 Connection con = DriverManager.getConnection()
  2. 开启事务con.setAutoCommit(true/false);
  3. 执行CRUD
  4. 提交事务/回滚事务 con.commit() / con.rollback();
  5. 关闭连接 conn.close()；

使用Spring的事务管理功能后，我们可以不再写步骤 2 和 4 的代码，而是由Spirng 自动完成。
那么Spring是如何在我们书写的 CRUD 之前和之后开启事务和关闭事务的呢？解决这个问题，也就可以从整体上理解Spring的事务管理实现原理了。下面简单地介绍***解方式为例子

  1. 配置文件开启注解驱动，在相关的类和方法上通过注解@Transactional标识。
  2. spring 在启动的时候会去解析生成相关的bean，这时候会查看拥有相关注解的类和方法，并且为这些类和方法生成代理，并根据@Transaction的相关参数进行相关配置注入，这样就在代理中为我们把相关的事务处理掉了（开启正常提交事务，异常回滚事务）。
  3. 真正的数据库层的事务提交和回滚是通过binlog或者redo log实现的。

 

四、Spring 事务的传播属性

所谓spring事务的传播属性，就是定义在存在多个事务同时存在的时候，spring应该如何处理这些事务的行为。这些属性在TransactionDefinition中定义，具体常量的解释见下表：

常量名称 常量解释
PROPAGATION_REQUIRED 支持当前事务，如果当前没有事务，就新建一个事务。这是最常见的选择，也是 Spring 默认的事务的传播。
PROPAGATION_REQUIRES_NEW 新建事务，如果当前存在事务，把当前事务挂起。新建的事务将和被挂起的事务没有任何关系，是两个独立的事务，外层事务失败回滚之后，不能回滚内层事务执行的结果，内层事务失败抛出异常，外层事务捕获，也可以不处理回滚操作
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 支持当前事务，如果当前没有事务，就抛出异常。
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

如果一个活动的事务存在，则运行在一个嵌套的事务中。如果没有活动事务，则按REQUIRED属性执行。它使用了一个单独的事务，这个事务拥有多个可以回滚的保存点。内部事务的回滚不会对外部事务造成影响。它只对DataSourceTransactionManager事务管理器起效。

 

五、数据库隔离级别

隔离级别 隔离级别的值 导致的问题
Read-Uncommitted 0 导致脏读
Read-Committed 1 避免脏读，允许不可重复读和幻读
Repeatable-Read 2 避免脏读，不可重复读，允许幻读（可重复读）
Serializable 3 串行化读，事务只能一个一个执行，避免了脏读、不可重复读、幻读。执行效率慢，使用时慎重

脏读：一事务对数据进行了增删改，但未提交，另一事务可以读取到未提交的数据。如果第一个事务这时候回滚了，那么第二个事务就读到了脏数据。

不可重复读：一个事务中发生了两次读操作，第一次读操作和第二次操作之间，另外一个事务对数据进行了修改，这时候两次读取的数据是不一致的。

幻读：第一个事务对一定范围的数据进行批量修改，第二个事务在这个范围增加一条数据，这时候第一个事务就会丢失对新增数据的修改。

总结：

隔离级别越高，越能保证数据的完整性和一致性，但是对并发性能的影响也越大。

大多数的数据库默认隔离级别为 Read Commited，比如 SqlServer、Oracle

少数数据库默认隔离级别为：Repeatable Read 比如： MySQL InnoDB

 

Spring事务隔离等级: Isolation Level

在Spring中定义了5中不同的事务隔离级别。 
1. ISOLATION_DEFAULT(一般情况下使用这种配置既可) 
这是一个PlatfromTransactionManager默认的隔离级别，使用数据库默认的事务隔离级别。 


2. ISOLATION_READ_UNCOMMITTED 
这是事务最低的隔离级别，它充许别外一个事务可以看到这个事务未提交的数据。这种隔离级别会产生脏读，不可重复读和幻像读。 
(大部分数据库缺省的事物隔离级别都不会出现这种状况) 


3. ISOLATION_READ_COMMITTED  
保证一个事务修改的数据提交后才能被另外一个事务读取。另外一个事务不能读取该事务未提交的数据。这种事务隔离级别可以避免脏读出现，但是可能会出现不可重复读和幻像读。 

什么是脏读？ 
例如： 
张三的工资为5000,事务A中把他的工资改为8000,但事务A尚未提交。 与此同时， 事务B正在读取张三的工资，读取到张三的工资为8000。 随后， 事务A发生异常，而回滚了事务。张三的工资又回滚为5000。 最后， 事务B读取到的张三工资为8000的数据即为脏数据，事务B做了一次脏读。 
(大部分数据库缺省的事物隔离级别都不会出现这种状况) 

4. ISOLATION_REPEATABLE_READ  
这种事务隔离级别可以防止脏读，不可重复读。但是可能出现幻像读。 
什么是不可重复读？ 
例如： 
在事务A中，读取到张三的工资为5000，操作没有完成，事务还没提交。 与此同时， 事务B把张三的工资改为8000，并提交了事务。 随后， 在事务A中，再次读取张三的工资，此时工资变为8000。在一个事务中前后两次读取的结果并不致，导致了不可重复读。 
(大部分数据库缺省的事物隔离级别都不会出现这种状况) 

5. ISOLATION_SERIALIZABLE 
这是花费最高代价但是最可靠的事务隔离级别。事务被处理为顺序执行。除了防止脏读，不可重复读外，还避免了幻读。 
什么是幻读？ 
例如: 
目前工资为5000的员工有10人，事务A读取所有工资为5000的人数为10人。 此时， 事务B插入一条工资也为5000的记录。 这是，事务A再次读取工资为5000的员工，记录为11人。此时产生了幻读。 
(大部分数据库缺省的事物隔离级别都会出现这种状况，此种事物隔离级别将带来表级锁) 

说明 ：Oracle数据库缺省的事物隔离级别已经保证了避免脏读和不可重复读。但可能会幻读，避免幻读需要加表级锁，Oracle缺省行级锁。在基于Spring的事物配置中一定要慎重使用ISOLATION_SERIALIZABLE的事物隔离级别。这种配置会使用表级锁，对性能影响巨大。一般没有特殊需要的话，配置为使用数据库缺省的事物隔离级别便可。 

 

六、Spring中的隔离级别

常量 解释
ISOLATION_DEFAULT 这是个 PlatfromTransactionManager 默认的隔离级别，使用数据库默认的事务隔离级别。另外四个与 JDBC 的隔离级别相对应。
ISOLATION_READ_UNCOMMITTED 这是事务最低的隔离级别，它充许另外一个事务可以看到这个事务未提交的数据。这种隔离级别会产生脏读，不可重复读和幻像读。
ISOLATION_READ_COMMITTED 保证一个事务修改的数据提交后才能被另外一个事务读取。另外一个事务不能读取该事务未提交的数据。
ISOLATION_REPEATABLE_READ 这种事务隔离级别可以防止脏读，不可重复读。但是可能出现幻像读。
ISOLATION_SERIALIZABLE 这是花费最高代价但是最可靠的事务隔离级别。事务被处理为顺序执行。
  1. ISOLATION_DEFAULT：用底层数据库的默认隔离级别，数据库管理员设置什么就是什么
  2. ISOLATION_READ_UNCOMMITTED（未提交读）：最低隔离级别、事务未提交前，就可被其他事务读取（会出现幻读、脏读、不可重复读）
  3. ISOLATION_READ_COMMITTED（提交读）：一个事务提交后才能被其他事务读取到（该隔离级别禁止其他事务读取到未提交事务的数据、所以还是会造成幻读、不可重复读）、sql server默认级别
  4. ISOLATION_REPEATABLE_READ（可重复读）：可重复读，保证多次读取同一个数据时，其值都和事务开始时候的内容是一致，禁止读取到别的事务未提交的数据（该隔离基本可防止脏读，不可重复读（重点在修改），但会出现幻读（重点在增加与删除））（MySql默认级别，更改可通过set transaction isolation level 级别）
  5. ISOLATION_SERIALIZABLE（序列化）：代价最高最可靠的隔离级别（该隔离级别能防止脏读、不可重复读、幻读）
    1. 丢失更新：两个事务同时更新一行数据，最后一个事务的更新会覆盖掉第一个事务的更新，从而导致第一个事务更新的数据丢失，这是由于没有加锁造成的；
    2. 幻读：同样的事务操作过程中，不同时间段多次（不同事务）读取同一数据，读取到的内容不一致（一般是行数变多或变少）。
    3. 脏读：一个事务读取到另外一个未提及事务的内容，即为脏读。
    4. 不可重复读：同一事务中，多次读取内容不一致（一般行数不变，而内容变了）。

幻读与不可重复读的区别：幻读的重点在于插入与删除，即第二次查询会发现比第一次查询数据变少或者变多了，以至于给人一种幻象一样，而不可重复读重点在于修改，即第二次查询会发现查询结果比第一次查询结果不一致，即第一次结果已经不可重现了。

数据库隔离级别越高，执行代价越高，并发执行能力越差，因此在实际项目开发使用时要综合考虑，为了考虑并发性能一般使用提交读隔离级别，它能避免丢失更新和脏读，尽管不可重复读和幻读不能避免，但可以在可能出现的场合使用悲观锁或乐观锁来解决这些问题。

悲观锁与乐观锁可参考：http://blog.****.net/liaohaojian/article/details/62416972

 

七、事务的嵌套

通过上面的理论知识的铺垫，我们大致知道了数据库事务和spring事务的一些属性和特点，接下来我们通过分析一些嵌套事务的场景，来深入理解spring事务传播的机制。

假设外层事务 Service A 的 Method A() 调用 内层Service B 的 Method B()

PROPAGATION_REQUIRED(spring 默认)

如果ServiceB.methodB() 的事务级别定义为 PROPAGATION_REQUIRED，那么执行 ServiceA.methodA() 的时候spring已经起了事务，这时调用 ServiceB.methodB()，ServiceB.methodB() 看到自己已经运行在 ServiceA.methodA() 的事务内部，就不再起新的事务。

假如 ServiceB.methodB() 运行的时候发现自己没有在事务中，他就会为自己分配一个事务。

这样，在 ServiceA.methodA() 或者在 ServiceB.methodB() 内的任何地方出现异常，事务都会被回滚。

PROPAGATION_REQUIRES_NEW

比如我们设计 ServiceA.methodA() 的事务级别为 PROPAGATION_REQUIRED，ServiceB.methodB() 的事务级别为 PROPAGATION_REQUIRES_NEW。

那么当执行到 ServiceB.methodB() 的时候，ServiceA.methodA() 所在的事务就会挂起，ServiceB.methodB() 会起一个新的事务，等待 ServiceB.methodB() 的事务完成以后，它才继续执行。

他与 PROPAGATION_REQUIRED 的事务区别在于事务的回滚程度了。因为 ServiceB.methodB() 是新起一个事务，那么就是存在两个不同的事务。如果 ServiceB.methodB() 已经提交，那么 ServiceA.methodA() 失败回滚，ServiceB.methodB() 是不会回滚的。如果 ServiceB.methodB() 失败回滚，如果他抛出的异常被 ServiceA.methodA() 捕获，ServiceA.methodA() 事务仍然可能提交(主要看B抛出的异常是不是A会回滚的异常)。

PROPAGATION_SUPPORTS

假设ServiceB.methodB() 的事务级别为 PROPAGATION_SUPPORTS，那么当执行到ServiceB.methodB()时，如果发现ServiceA.methodA()已经开启了一个事务，则加入当前的事务，如果发现ServiceA.methodA()没有开启事务，则自己也不开启事务。这种时候，内部方法的事务性完全依赖于最外层的事务。

PROPAGATION_NESTED

现在的情况就变得比较复杂了, ServiceB.methodB() 的事务属性被配置为 PROPAGATION_NESTED, 此时两者之间又将如何协作呢? 
ServiceB#methodB 如果 rollback, 那么内部事务(即 ServiceB#methodB) 将回滚到它执行前的 SavePoint 而外部事务(即 ServiceA#methodA) 可以有以下两种处理方式:

a、捕获异常，执行异常分支逻辑

 

  1. void methodA() {

  2.  

  3. try {

  4.  

  5. ServiceB.methodB();

  6.  

  7. } catch (SomeException) {

  8.  

  9. // 执行其他业务, 如 ServiceC.methodC();

  10.  

  11. }

  12.  

  13. }

这种方式也是嵌套事务最有价值的地方, 它起到了分支执行的效果, 如果 ServiceB.methodB 失败, 那么执行 ServiceC.methodC(), 而 ServiceB.methodB 已经回滚到它执行之前的 SavePoint, 所以不会产生脏数据(相当于此方法从未执行过), 这种特性可以用在某些特殊的业务中, 而 PROPAGATION_REQUIRED 和 PROPAGATION_REQUIRES_NEW 都没有办法做到这一点。

b、 外部事务回滚/提交 代码不做任何修改, 那么如果内部事务(ServiceB#methodB) rollback, 那么首先 ServiceB.methodB 回滚到它执行之前的 SavePoint(在任何情况下都会如此), 外部事务(即 ServiceA#methodA) 将根据具体的配置决定自己是 commit 还是 rollback

另外三种事务传播属性基本用不到，在此不做分析。

 

八、总结

对于项目中需要使用到事务的地方，我建议开发者还是使用spring的TransactionCallback接口来实现事务，不要盲目使用spring事务注解，如果一定要使用注解，那么一定要对spring事务的传播机制和隔离级别有个详细的了解，否则很可能发生意想不到的效果。

 

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