深入理解 Spring 事务原理

1、Spring中事务处理的作用：
Spring事务处理，是将事务处理的工作统一起来，并为事务处理提供通用的支持。
2、工作原理及实现
a、划分处理单元——IOC
由于spring解决的问题是对单个数据库进行局部事务处理的，具体的实现首相用spring中的IOC划分了事务处理单元。并且将对事务的各种配置放到了ioc容器中（设置事务管理器，设置事务的传播特性及隔离机制）。
b、AOP拦截需要进行事务处理的类
Spring事务处理模块是通过AOP功能来实现声明式事务处理的，具体操作（比如事务实行的配置和读取，事务对象的抽象），用TransactionProxyFactoryBean接口来使用AOP功能，生成proxy代理对象，通过TransactionInterceptor完成对代理方法的拦截，将事务处理的功能编织到拦截的方法中。读取ioc容器事务配置属性，转化为spring事务处理需要的内部数据结构（TransactionAttributeSourceAdvisor），转化为TransactionAttribute表示的数据对象。
c、对事物处理实现（事务的生成、提交、回滚、挂起）
spring委托给具体的事务处理器实现。实现了一个抽象和适配。适配的具体事务处理器：DataSource数据源支持、hibernate数据源事务处理支持、JDO数据源事务处理支持，JPA、JTA数据源事务处理支持。这些支持都是通过设计PlatformTransactionManager、AbstractPlatforTransaction一系列事务处理的支持。 为常用数据源支持提供了一系列的TransactionManager。
 
 
d、结合
 
PlatformTransactionManager实现了TransactionInterception接口，让其与TransactionProxyFactoryBean结合起来，形成一个Spring声明式事务处理的设计体系。
 
3、应用场景
 
  支持不同数据源，在底层进行封装，可以做到事务即开即用，这样的好处是：即使有其他的数据源事务处理需要，Spring也提供了一种一致的方式。

一、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：
    获取连接 Connection con = DriverManager.getConnection()
    开启事务con.setAutoCommit(true/false);
    执行CRUD
    提交事务/回滚事务 con.commit() / con.rollback();
    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
    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。
    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）。
    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。
二、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。
三、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
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。

数据库事务的隔离级别有4个，由低到高依次为Read uncommitted、Read committed、Repeatable read、Serializable，这四个级别可以逐个解决脏读、不可重复读、幻读这几类问题。

√: 可能出现    ×: 不会出现

	脏读	不可重复读	幻读
Read uncommitted	√	√	√
Read committed	×	√	√
Repeatable read	×	×	√
Serializable	×	×	×

 

注意：我们讨论隔离级别的场景，主要是在多个事务并发的情况下，因此，接下来的讲解都围绕事务并发。

Read uncommitted 读未提交

公司发工资了，领导把5000元打到singo的账号上，但是该事务并未提交，而singo正好去查看账户，发现工资已经到账，是5000元整，非常高兴。可是不幸的是，领导发现发给singo的工资金额不对，是2000元，于是迅速回滚了事务，修改金额后，将事务提交，最后singo实际的工资只有2000元，singo空欢喜一场。

 

出现上述情况，即我们所说的脏读，两个并发的事务，“事务A：领导给singo发工资”、“事务B：singo查询工资账户”，事务B读取了事务A尚未提交的数据。

当隔离级别设置为Read uncommitted时，就可能出现脏读，如何避免脏读，请看下一个隔离级别。

Read committed 读提交

singo拿着工资卡去消费，系统读取到卡里确实有2000元，而此时她的老婆也正好在网上转账，把singo工资卡的2000元转到另一账户，并在singo之前提交了事务，当singo扣款时，系统检查到singo的工资卡已经没有钱，扣款失败，singo十分纳闷，明明卡里有钱，为何......

出现上述情况，即我们所说的不可重复读，两个并发的事务，“事务A：singo消费”、“事务B：singo的老婆网上转账”，事务A事先读取了数据，事务B紧接了更新了数据，并提交了事务，而事务A再次读取该数据时，数据已经发生了改变。

当隔离级别设置为Read committed时，避免了脏读，但是可能会造成不可重复读。

大多数数据库的默认级别就是Read committed，比如Sql Server , Oracle。如何解决不可重复读这一问题，请看下一个隔离级别。

Repeatable read 重复读

当隔离级别设置为Repeatable read时，可以避免不可重复读。当singo拿着工资卡去消费时，一旦系统开始读取工资卡信息（即事务开始），singo的老婆就不可能对该记录进行修改，也就是singo的老婆不能在此时转账。

虽然Repeatable read避免了不可重复读，但还有可能出现幻读。

singo的老婆工作在银行部门，她时常通过银行内部系统查看singo的信用卡消费记录。有一天，她正在查询到singo当月信用卡的总消费金额（select sum(amount) from transaction where month = 本月）为80元，而singo此时正好在外面胡吃海塞后在收银台买单，消费1000元，即新增了一条1000元的消费记录（insert transaction ... ），并提交了事务，随后singo的老婆将singo当月信用卡消费的明细打印到A4纸上，却发现消费总额为1080元，singo的老婆很诧异，以为出现了幻觉，幻读就这样产生了。

注：Mysql的默认隔离级别就是Repeatable read。

Serializable 序列化

Serializable是最高的事务隔离级别，同时代价也花费最高，性能很低，一般很少使用，在该级别下，事务顺序执行，不仅可以避免脏读、不可重复读，还避免了幻像读。

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
四、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。
五、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
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_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。

  和 标签里的 各种属性设置总结如下： 
表 有关的设置 

属性	是否需要？	默认值	描述
name	是		与事务属性关联的方法名。通配符（*）可以用来指定一批关联到相同的事务属性的方法。 如：'get*'、'handle*'、'on*Event'等等。
propagation	不	REQUIRED	事务传播行为
isolation	不	DEFAULT	事务隔离级别
timeout	不	-1	事务超时的时间（以秒为单位）
read-only	不	false	事务是否只读？
rollback-for	不		将被触发进行回滚的 Exception(s)；以逗号分开。 如：'com.foo.MyBusinessException,ServletException'
no-rollback-for	不		不 被触发进行回滚的 Exception(s)；以逗号分开。 如：'com.foo.MyBusinessException

六、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。