原创

Spring事务的基本原理、传播属性、隔离级别

事务

一、事务的基本要素(ACID)

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)。

  • 原子性(Atomicity):指一个事务要么全部执行,要么不执行,也就是说一个事务不可能只执行了一半就停止了.比如你从取款机取钱,这个事务可以分成两个步骤:1划卡,2出钱.不可能划了卡,而钱却没出来.这两步必须同时完成.要么就不完成。
  • 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。
  • 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;
  • 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。

二、事务的分类

  • 数据库分为本地事务跟全局事务
  1. 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。
  2. 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;
  • Java事务类型分为JDBC事务跟JTA事务
  1. 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。
  2. 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。
  • 按是否通过编程分为声明式事务和编程式事务,参考: 链接
  1. 声明式事务:通过XML配置或者注解实现。
  2. 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。下面简单地介绍下,注解方式为例子

  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、数据库隔离级别

隔离级别 隔离级别的值 脏读 不可重复读 幻读
读未提交Read-Uncommitted 0
不可重复读(read-committed) 1
可重复读(repeatable-read) 2
串行化(serializable) 3

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。

不可重复读的和幻读很容易混淆,不可重复读侧重于修改,幻读侧重于新增或删除。解决不可重复读的问题只需锁住满足条件的行,解决幻读需要锁表

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

1、SQL规范所规定的标准,不同的数据库具体的实现可能会有些差异

2、mysql中默认事务隔离级别是可重复读时并不会锁住读取到的行

3、事务隔离级别为读提交时,写数据只会锁住相应的行

4、事务隔离级别为可重复读时,如果有索引(包括主键索引)的时候,以索引列为条件更新数据,会存在间隙锁间隙锁、行锁、下一键锁的问题,从而锁住一些行;如果没有索引,更新数据时会锁住整张表。

5、事务隔离级别为串行化时,读写数据都会锁住整张表

6、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,鱼和熊掌不可兼得啊。对于多数应用程序,可以优先考虑把数据库系统的隔离级别设为Read Committed,它能够避免脏读取,而且具有较好的并发性能。尽管它会导致不可重复读、幻读这些并发问题,在可能出现这类问题的个别场合,可以由应用程序采用悲观锁或乐观锁来控制。

五、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)
  • 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;
  • 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)。
  • 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。
  • 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: 乐观锁与悲观锁随笔

事务的并发问题

1、脏读:事务A读取了事务B更新的数据,然后B回滚操作,那么A读取到的数据是脏数据

2、不可重复读:事务 A 多次读取同一数据,事务 B 在事务A多次读取的过程中,对数据作了更新并提交,导致事务A多次读取同一数据时,结果 不一致。

3、幻读:系统管理员A将数据库中所有学生的成绩从具体分数改为ABCDE等级,但是系统管理员B就在这个时候插入了一条具体分数的记录,当系统管理员A改结束后发现还有一条记录没有改过来,就好像发生了幻觉一样,这就叫幻读。

小结:不可重复读的和幻读很容易混淆,不可重复读侧重于修改,幻读侧重于新增或删除。解决不可重复读的问题只需锁住满足条件的行,解决幻读需要锁表

六、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。

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 AMethod A() 调用 内层Service BMethod 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
  • 2
  • 3
  • 4
  • 5
  • 6
  • 7
void methodA() { try { ServiceB.methodB(); } catch (SomeException) { // 执行其他业务, 如 ServiceC.methodC(); } }

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_REQUIREDPROPAGATION_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

七、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。

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

今天的努力,会成就明天的自己,努力,努力!

本文于   2019/7/13 下午  发布在  无色庵  分类下,当前已被围观  73  次

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