spring事务详解（一）初探事务

系列目录

引子

很多coder在不理解事务的原理甚至连基本概念都不清楚的情况下，就去使用数据库事务，是极容易出错，写出一些自己不能掌控的代码。网上很多文章要不就是概念，或者一点源码，或者一点测试验证，都不足以全面了解事务，所以本文出现了，本系列Spring事务详解包含四部分：

第一章讲概念，对事务的整体有一个了解。

第二章简单样例，了解如何用。

第三章从源码来看底层实现机制。

第四章实例测试验证。

第五章总结提高。

个人能力有限，有任何不当之处，麻烦指出。

全文基于Mysql innodb引擎。Mysql官方文档：官网飞机票，推荐书籍:《Mysql技术内幕-InnoDB存储引擎》。

一、背景

1.1 拜神

spring事务领头人叫Juergen Hoeller，于尔根·糊了...先混个脸熟哈，他写了几乎全部的spring事务代码。读源码先拜神，掌握他的源码的风格，读起来会通畅很多。最后一节咱们总结下这个大神的代码风格。

1.2 事务的定义

事务（Transaction）是数据库区别于文件系统的重要特性之一。目前国际认可的数据库设计原则是ACID特性，用以保证数据库事务的正确执行。Mysql的innodb引擎中的事务就完全符合ACID特性。

spring对于事务的支持，分层概览图如下：

二、事务的ACID特性

（箭头后，翻译自官网介绍：InnoDB and the ACID Model）

原子性（Atomicity）：一个事务必须被视为一个不可分割的最小工作单元，整个事务中的所有操作要么全部提交成功，要么全部失败回滚。--》主要涉及InnoDB事务。相关特性：事务的提交，回滚，信息表。
一致性（consistency）：数据库总是从一个一致性的状态转换到另一个一致性的状态。在事务开始前后，数据库的完整性约束没有被破坏。例如违反了唯一性，必须撤销事务，返回初始状态。--》主要涉及内部InnoDB处理，以保护数据不受崩溃，相关特性：双写缓冲、崩溃恢复。
隔离性（isolation）：每个读写事务的对象对其他事务的操作对象能相互分离，即：事务提交前对其他事务是不可见的，通常内部加锁实现。--》主要涉及事务，尤其是事务隔离级别，相关特性：隔离级别、innodb锁的底层实现细节。
持久性（durability）：一旦事务提交，则其所做的修改会永久保存到数据库。--》涉及到MySQL软件特性与特定硬件配置的相互影响，相关特性：4个配置项：双写缓冲开关、事务提交刷新log的级别、binlog同步频率、表文件；写缓存、操作系统对于fsync()的支持、备份策略等。

三、事务的属性

要保证事务的ACID特性，spring给事务定义了6个属性，对应于声明式事务注解（org.springframework.transaction.annotation.Transactional）@Transactional(key1=*,key2=*...)

事务名称：用户可手动指定事务的名称，当多个事务的时候，可区分使用哪个事务。对应注解中的属性value、transactionManager
隔离级别: 为了解决数据库容易出现的问题，分级加锁处理策略。对应注解中的属性isolation
超时时间: 定义一个事务执行过程多久算超时，以便超时后回滚。可以防止长期运行的事务占用资源.对应注解中的属性timeout
是否只读：表示这个事务只读取数据但不更新数据, 这样可以帮助数据库引擎优化事务.对应注解中的属性readOnly
传播机制: 对事务的传播特性进行定义，共有7种类型。对应注解中的属性propagation
回滚机制：定义遇到异常时回滚策略。对应注解中的属性rollbackFor、noRollbackFor、rollbackForClassName、noRollbackForClassName

其中隔离级别和传播机制比较复杂，咱们细细地品一品。

3.1 隔离级别

这一块比较复杂，我们从3个角度来看：3种错误现象、mysql的底层技术支持、分级处理策略。这一小节一定要好好看，已经开始涉及核心原理了。

1.现象（三种问题）

脏读(Drity Read)：事务A更新记录但未提交，事务B查询出A未提交记录。

不可重复读(Non-repeatable read): 事务A读取一次，此时事务B对数据进行了更新或删除操作，事务A再次查询数据不一致。

幻读(Phantom Read): 事务A读取一次，此时事务B插入一条数据事务A再次查询，记录多了。

2. mysql的底层支持（IndoDB事务模型）（一致性非锁定读VS锁定读）

官网飞机票：InnoDB Transaction Model

两种读

在MVCC中，读操作可以分成两类，快照读（Snapshot read）和当前读（current read）。

快照读：普通的select

当前读：

select * from table where ? lock in share mode; （加S锁）
select * from table where ? for update; （加X锁）
insert, update, delete 操作前会先进行一次当前读（加X锁）

其中前两种锁定读,需要用户自己显式使用,最后一种是自动添加的。

　　1.一致性非锁定读（快照读）

　　一致性非锁定读(consistent nonlocking read)是指InnoDB存储引擎通过多版本控制(multi versionning)的方式来读取当前执行时间数据库中行的数据，如果读取的行正在执行DELETE或UPDATE操作，这是读取操作不会因此等待行上锁的释放。相反的，InnoDB会去读取行的一个快照数据

上面展示了InnoDB存储引擎一致性的非锁定读。之所以称为非锁定读，因为不需要等待访问的行上X锁的释放。快照数据是指该行之前版本的数据，该实现是通过undo段来完成。而undo用来事务中的回滚数据，因此快照数据本身没有额外的开销，此外，读取快照数据不需要上锁，因为没有事务需要对历史数据进行修改操作。

　　2.锁定读

innoDB对select语句支持两种锁定读：

1）SELECT...FOR UPDATE:对读取的行加排它锁（X锁），其他事务不能对已锁定的行再加任何锁。

2 ) SELECT...LOCK IN SHARE MODE ：对读取的行加共享锁（S锁），其他事务可以再加S锁，X锁会阻塞等待。

注：这两种锁都必须处于事务中，事务commit，锁释放。所以必须begin或者start transaction 开启一个事务或者索性set autocommit=0把自动提交关掉（mysql默认是1，即执行完sql立即提交）

3. 分级处理策略（四种隔离级别）

官网描述：

InnoDB使用不同的锁定策略支持每个事务隔离级别。对于关键数据的操作(遵从ACID原则)，您可以使用强一致性（默认Repeatable Read）。对于不是那么重要的数据操作，可以使用Read Committed/Read Uncommitted。Serializable执行比可重读更严格的规则，用于特殊场景：XA事务，并发性和死锁问题的故障排除。

四种隔离级别：

1.Read Uncommitted（读取未提交内容）：可能读取其它事务未提交的数据。-脏读问题（脏读+不可重复读+幻读）

2.Read Committed（读取提交内容）：一个事务只能看见已经提交事务所做的改变。（不可重复读+幻读）

select...from : 一致性非锁定读的数据快照(MVCC)是最新版本的,但其他事务可能会有新的commit，所以同一select可能返回不同结果。-不可重复读问题
select...from for update : record lock行级锁.

3.Repeatable Read（可重读）：

select…from ：同一事务内多次一致性非锁定读，取第一次读取时建立的快照版本(MVCC)，保证了同一事务内部的可重复读.—狭义的幻读问题得到解决。（Db插入了数据，只不过读不到）
select...from for update （FOR UPDATE or LOCK IN SHARE MODE), UPDATE, 和 DELETE : next-key lock下一键锁.

　　1）对于具有唯一搜索条件的唯一索引，innoDB只锁定找到的索引记录. （next-key lock 降为record lock）

　　2）对于其他非索引或者非唯一索引，InnoDB会对扫描的索引范围进行锁定，使用next-key locks，阻塞其他session对间隙的insert操作，-彻底解决广义的幻读问题。（DB没插入数据）

4.Serializable（可串行化）：这是最高的隔离级别，它是在每个读的数据行上加上共享锁（LOCK IN SHARE MODE）。在这个级别，可能导致大量的超时现象和锁竞争，主要用于分布式事务。

如下表：

mysql-innodb可能出现的问题统计表
不同隔离级别/可能出现的问题	脏读	不可重复读	幻读
Read Uncommitted（读取未提交内容）	✅	✅	✅
Read Committed（读取提交内容）	❎	✅	✅
Repeatable Read（可重读）	❎	❎	✅
Serializable（可串行化）	❎	❎	❎

3.2 传播机制

org.springframework.transaction包下有一个事务定义接口TransactionDefinition，定义了7种事务传播机制，很多人对传播机制的曲解从概念开始，所以特地翻译了一下源码注释如下：

1.PROPAGATION_REQUIRED

支持当前事务;如果不存在，创建一个新的。类似于同名的EJB事务属性。这通常是事务定义的默认设置，通常定义事务同步作用域。

2.PROPAGATION_SUPPORTS

支持当前事务;如果不存在事务，则以非事务方式执行。类似于同名的EJB事务属性。
注意:
对于具有事务同步的事务管理器，PROPAGATION_SUPPORTS与没有事务稍有不同，因为它可能在事务范围内定义了同步。因此，相同的资源(JDBC的Connection、Hibernate的Session等)将在整个指定范围内共享。注意，确切的行为取决于事务管理器的实际同步配置!
小心使用PROPAGATION_SUPPORTS!特别是，不要依赖PROPAGATION_REQUIRED或PROPAGATION_REQUIRES_NEW,在PROPAGATION_SUPPORTS范围内(这可能导致运行时的同步冲突)。如果这种嵌套不可避免，请确保适当地配置事务管理器(通常切换到“实际事务上的同步”)。

3.PROPAGATION_MANDATORY

支持当前事务;如果当前事务不存在，抛出异常。类似于同名的EJB事务属性。
注意：

PROPAGATION_MANDATORY范围内的事务同步总是由周围的事务驱动。

4.PROPAGATION_REQUIRES_NEW

创建一个新事务，如果存在当前事务，则挂起当前事务。类似于同名的EJB事务属性。
注意:实际事务挂起不会在所有事务管理器上开箱即用。这一点特别适用于JtaTransactionManager，它需要TransactionManager的支持。
PROPAGATION_REQUIRES_NEW范围总是定义自己的事务同步。现有同步将被挂起并适当地恢复。

5.PROPAGATION_NOT_SUPPORTED

不支持当前事务，存在事务挂起当前事务;始终以非事务方式执行。类似于同名的EJB事务属性。
注意:实际事务挂起不会在所有事务管理器上开箱即用。这一点特别适用于JtaTransactionManager，它需要TransactionManager的支持。
事务同步在PROPAGATION_NOT_SUPPORTED范围内是不可用的。现有同步将被挂起并适当地恢复。

6.PROPAGATION_NEVER

不支持当前事务;如果当前事务存在，抛出异常。类似于同名的EJB事务属性。

注意：事务同步在PROPAGATION_NEVER范围内不可用。

7.PROPAGATION_NESTED

如果当前事务存在，则在嵌套事务中执行，如果当前没有事务，类似PROPAGATION_REQUIRED（创建一个新的）。EJB中没有类似的功能。
注意：实际创建嵌套事务只对特定的事务管理器有效。开箱即用，这只适用于 DataSourceTransactionManager（JDBC 3.0驱动）。一些JTA提供者也可能支持嵌套事务。

四、总结

本节讲解了事务的4大特性和6大属性的概念。并简单拓展了一下概念。可能大家会比较懵逼哈，不用担心只需要心里有个概念就可以了，下一章咱们从底层源码来看事务的实现机制。下面是隔离级别的表格，

注意：JtaTransactionManager的类注释上说：Transaction suspension (REQUIRES_NEW, NOT_SUPPORTED) is just available with a JTA TransactionManager being registered." 这是片面的，只是说JTA TransactionManager支持挂起，并没有说DataSourceTransactionManager不支持。经过第四节实测，发现完全是支持的。网上很多说REQUIRES_NEW、NOT_SUPPORTED必须要JTA TransactionManager才行的完全是错误的说法。

不同传播机制	事务名称	描述	事务管理器要求	是否支持事务	是否开启新事务	回滚规则
REQUIRED	要求	存在加入，不存在创建新	无	✅	不一定	存在一个事务：1.外部有事务加入，异常回滚；2.外部没事务创建新事务，异常回滚
SUPPORTS	支持	存在加入，不存在非事务	无	✅	❎	最多只存在一个事务： 1.外部有事务加入，异常回滚；2.外部没事务，内部非事务，异常不回滚
MANDATORY	强制	存在加入，不存在抛异常	无	✅	❎	最多只存在一个事务： 1.外部存在事务加入，异常回滚；2.外部不存在事务，异常无法回滚
REQUIRES_NEW	要求新	存在挂起创建新，不存在创建新	无	✅	✅	可能存在1-2个事务：1.外部存在事务挂起，创建新，异常回滚自己的事务 2.外部不存在事务，创建新，异常只回滚新事务
NOT_SUPPORTED	不支持	存在挂起，不存在非事务	无	❎	❎	最多只存在一个事务：1. 外部有事务挂起，外部异常回滚；内部非事务，异常不回滚2.外部无事务，内部非事务，异常不回滚
NEVER	坚决不	存在抛异常	无	❎	❎	最多只存在一个事务：1.外部有事务，外部异常回滚；内部非事务不回滚 2.外部非事务，内部非事务，异常不回滚
NESTED	嵌套	存在嵌套，不存在创建新	DataSourceTransactionManager	✅	❎（同一个物理事务，保存点实现嵌套）	存在一个事务：1. 外部有事务，嵌套事务创建保存点，外部异常回滚全部事务；内部嵌套事务异常回滚到保存点；2.外部不存在事务，内部创建新事务，内部异常回滚

=======参考========

Mysql官方文档：官网飞机票

书籍:《Mysql技术内幕-InnoDB存储引擎》