Spring 高手之路 25——深入解析事务管理的切面本质

2024-11-23
广东
本文字数：10499 字
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1. 事务管理的切面本质

事务管理在Spring中的实现依赖于AOP，而AOP主要通过代理机制来实现。具体而言，AOP通过代理对象拦截对目标方法的调用，并在方法调用前后插入事务管理逻辑。拦截器机制是AOP实现的一部分，用于定义具体的增强逻辑。

Spring能够通过AOP将事务管理逻辑独立出来，作为一个切面应用于所有标注了 @Transactional 的方法。代理对象会拦截对这些方法的调用，并在方法执行前后插入事务管理逻辑。

在事务管理中，拦截器机制起到了关键作用。Spring使用 TransactionInterceptor 拦截器来处理事务逻辑。TransactionInterceptor 在方法调用之前开启事务，在方法执行过程中进行事务管理，并在方法调用结束后根据执行结果提交或回滚事务。这种机制确保了事务管理逻辑与业务逻辑的解耦，提高了代码的可维护性和可读性。

2. 用 AOP 手动实现 @Transactional 基本功能

为了能更清晰的理解到@Transactional本质就是AOP，我们自行实现一个@MyTransactional 注解，来简单模拟@Transactional的功能。

我这里为了演示API的使用，在代码演示的时候会设置事务的隔离级别为READ_COMMITTED，设置事务的传播行为为REQUIRES_NEW

全部代码如下：

数据库表创建

首先，创建 test 表：

CREATE TABLE `test` (  `id` bigint unsigned NOT NULL AUTO_INCREMENT,  `name` varchar(255) NOT NULL DEFAULT '',  PRIMARY KEY (`id`)) ENGINE=InnoDB AUTO_INCREMENT=1 DEFAULT CHARSET=utf8mb4

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配置数据源、MyBatis和事务管理器

package com.example.demo.configuration;
import org.apache.ibatis.session.SqlSessionFactory;import org.mybatis.spring.SqlSessionFactoryBean;import org.mybatis.spring.SqlSessionTemplate;import org.mybatis.spring.annotation.MapperScan;import org.springframework.context.annotation.Bean;import org.springframework.context.annotation.ComponentScan;import org.springframework.context.annotation.Configuration;import org.springframework.context.annotation.EnableAspectJAutoProxy;import org.springframework.core.io.support.PathMatchingResourcePatternResolver;import org.springframework.jdbc.datasource.DataSourceTransactionManager;import org.springframework.jdbc.datasource.DriverManagerDataSource;import org.springframework.transaction.PlatformTransactionManager;
import javax.sql.DataSource;
@Configuration@ComponentScan(basePackages = "com.example.demo")@MapperScan("com.example.demo.mapper")@EnableAspectJAutoProxypublic class AppConfig {    @Bean    public DataSource dataSource() {        DriverManagerDataSource dataSource = new DriverManagerDataSource();        dataSource.setDriverClassName("com.mysql.cj.jdbc.Driver");        dataSource.setUrl("jdbc:mysql://localhost:3306/demo");        dataSource.setUsername("root");        dataSource.setPassword("password");        return dataSource;    }
    @Bean    public SqlSessionFactory sqlSessionFactory(DataSource dataSource) throws Exception {        SqlSessionFactoryBean sqlSessionFactoryBean = new SqlSessionFactoryBean();        sqlSessionFactoryBean.setDataSource(dataSource);        sqlSessionFactoryBean.setMapperLocations(new PathMatchingResourcePatternResolver().getResources("classpath*:mybatis/**/*.xml"));        return sqlSessionFactoryBean.getObject();    }
    @Bean    public SqlSessionTemplate sqlSessionTemplate(SqlSessionFactory sqlSessionFactory) {        return new SqlSessionTemplate(sqlSessionFactory);    }    @Bean    public PlatformTransactionManager transactionManager(DataSource dataSource) {        return new DataSourceTransactionManager(dataSource);    }}

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创建 Mapper 接口和 XML 映射文件

这里TestMapper.java和TestMapper.xml定义了数据库操作方法。

TestMapper.java：

package com.example.demo.mapper;
import com.example.demo.model.Test;

public interface TestMapper {    // 定义插入Test的方法    void insertTest(Test test);
    // 定义根据ID查询Test的方法    Test selectTestById(Long id);}

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TestMapper.xml：

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8" ?><!DOCTYPE mapper PUBLIC "-//mybatis.org//DTD Mapper 3.0//EN" "http://mybatis.org/dtd/mybatis-3-mapper.dtd"><mapper namespace="com.example.demo.mapper.TestMapper">
    <!-- 插入记录到test表 -->    <insert id="insertTest" parameterType="com.example.demo.model.Test">        INSERT INTO test (name) VALUES (#{name})    </insert>
    <!-- 根据ID查询test表中的记录 -->    <select id="selectTestById" parameterType="long" resultType="com.example.demo.model.Test">        SELECT * FROM test WHERE id = #{id}    </select>
</mapper>

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创建模型类

Test.java定义了数据表对应的实体类。

Test.java：

package com.example.demo.model;
// 定义Test类与数据库表test对应public class Test {    private Long id; // 主键ID    private String name; // 名称
    // 获取ID    public Long getId() {        return id;    }
    // 设置ID    public void setId(Long id) {        this.id = id;    }
    // 获取名称    public String getName() {        return name;    }
    // 设置名称    public void setName(String name) {        this.name = name;    }}

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创建自定义事务注解

MyTransactional.java：

package com.example.demo.annotation;
import java.lang.annotation.ElementType;import java.lang.annotation.Retention;import java.lang.annotation.RetentionPolicy;import java.lang.annotation.Target;
// 自定义事务注解@Target({ElementType.METHOD, ElementType.TYPE})@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)public @interface MyTransactional {}

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创建事务管理切面

TransactionAspect.java：

package com.example.demo.aspect;
import org.aspectj.lang.ProceedingJoinPoint;import org.aspectj.lang.annotation.Around;import org.aspectj.lang.annotation.Aspect;import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;import org.springframework.stereotype.Component;import org.springframework.transaction.PlatformTransactionManager;import org.springframework.transaction.TransactionStatus;import org.springframework.transaction.support.DefaultTransactionDefinition;
@Aspect // 声明这是一个切面类@Component // 将这个类标记为 Spring 组件public class TransactionAspect {
    @Autowired // 注入事务管理器    private PlatformTransactionManager transactionManager;
    // 环绕通知，拦截所有标注了 @MyTransactional 的方法    @Around("@annotation(com.example.demo.annotation.MyTransactional)")    public Object around(ProceedingJoinPoint pjp) throws Throwable {        // 创建默认事务定义        DefaultTransactionDefinition def = new DefaultTransactionDefinition();        // 设置事务的传播行为为REQUIRES_NEW        def.setPropagationBehavior(TransactionDefinition.PROPAGATION_REQUIRES_NEW);        // 设置事务的隔离级别为READ_COMMITTED        def.setIsolationLevel(TransactionDefinition.ISOLATION_READ_COMMITTED);        // 获取事务状态对象，开启事务        TransactionStatus status = transactionManager.getTransaction(def);        Object result;        try {            result = pjp.proceed(); // 执行目标方法            transactionManager.commit(status); // 提交事务        } catch (Throwable ex) {            transactionManager.rollback(status); // 回滚事务            throw ex;        }        return result; // 返回结果    }}

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创建 Service 层

TestService.java：

package com.example.demo.service;
import com.example.demo.mapper.TestMapper;import com.example.demo.model.Test;import com.example.demo.annotation.MyTransactional;import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;import org.springframework.stereotype.Service;
@Service // 标记这个类为 Spring 服务组件public class TestService {
    @Autowired // 注入 TestMapper    private TestMapper testMapper;
    // 使用自定义的 @MyTransactional 注解    @MyTransactional    public void createTest(Test test) {        testMapper.insertTest(test); // 插入记录
        // 模拟异常以测试事务回滚        if ("error".equals(test.getName())) {            throw new RuntimeException("Simulated error");        }    }
    // 根据 ID 查询记录    public Test getTestById(Long id) {        return testMapper.selectTestById(id);    }}

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Main 方法

创建一个 Main 方法来启动 Spring 应用程序并执行测试逻辑：

MainApp.java：

package com.example.demo;
import com.example.demo.configuration.AppConfig;import com.example.demo.model.Test;import com.example.demo.service.TestService;import org.springframework.context.ApplicationContext;import org.springframework.context.annotation.AnnotationConfigApplicationContext;
public class DemoApplication {    public static void main(String[] args) {        // 加载 Spring 配置文件        ApplicationContext context = new AnnotationConfigApplicationContext(AppConfig.class);
        // 获取 TestService Bean        TestService testService = context.getBean(TestService.class);
        try {            Test test = new Test();            test.setName("success");            testService.createTest(test);            System.out.println("Test with name 'success' created.");        } catch (Exception e) {            System.out.println("Failed to create test with name 'success': " + e.getMessage());        }
        try {            Test test = new Test();            test.setName("error");            testService.createTest(test);        } catch (Exception e) {            System.out.println("Failed to create test with name 'error': " + e.getMessage());        }    }}

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执行结果如下:

注意：使用 DefaultTransactionDefinition 来设置事务的隔离级别和传播行为时，这些设置是针对当前事务的，而不是针对整个数据库会话的。具体来说，事务的隔离级别和传播行为是在事务管理器（例如 DataSourceTransactionManager）控制的事务范围内有效。

当设置事务的隔离级别为 READ_COMMITTED 时，实际上是针对当前事务的连接设置的。这意味着在当前事务的生命周期内（从事务开始到提交或回滚），该隔离级别是有效的。一旦事务结束，连接的隔离级别会被重置为默认值。

在 JDBC 和 Spring 框架中，事务的隔离级别通常用整数来表示。以下是这些隔离级别及其对应的整数值：

TransactionDefinition.ISOLATION_DEFAULT (0): 默认隔离级别，这个值依赖于底层数据库的默认设置。
TransactionDefinition.ISOLATION_READ_UNCOMMITTED (1): 读未提交。这是最低的隔离级别，允许读取未提交的数据，可能会导致脏读。
TransactionDefinition.ISOLATION_READ_COMMITTED (2): 读已提交。只允许读取已提交的数据，可以防止脏读。
TransactionDefinition.ISOLATION_REPEATABLE_READ (4): 可重复读。保证在同一个事务中多次读取相同数据的结果是一致的，防止不可重复读。
TransactionDefinition.ISOLATION_SERIALIZABLE (8): 串行化。这是最高的隔离级别，确保事务完全串行化执行，防止脏读、不可重复读和幻读，但性能较低。

3. PlatformTransactionManager 的设计

从上面可以看到，提交事务和回滚事务都是由PlatformTransactionManager对象操作的。PlatformTransactionManager是做什么的？

在日常开发中，虽然我们通常使用@Transactional注解来管理事务，但实际上PlatformTransactionManager在后台起着关键作用。Spring的事务管理是通过代理机制和AOP（面向切面编程）来实现的，PlatformTransactionManager就是在这个过程中被使用的核心组件。

PlatformTransactionManager接口定义了以下主要方法：

1. getTransaction(TransactionDefinition definition)：

这是用于开始一个新的事务或返回当前事务的句柄的方法。它根据传入的TransactionDefinition（事务定义）参数来决定是否需要开启一个新事务，或者参与一个现有的事务。比如，若是REQUIRES_NEW，代表如果没有事务存在，它会创建一个新的事务。
TransactionDefinition参数包括事务的传播行为、隔离级别、超时时间和是否只读等属性。

句柄（handle）在编程中的作用可以理解为一种引用或者标识符，也可以理解为指针。用来间接地访问某个资源或对象。句柄的目的是简化和抽象资源管理，不需要直接操作底层资源，只需要通过句柄来进行操作。 Spring事务管理中，句柄用来表示事务的状态和上下文。这个句柄并不是实际的事务对象，而是对事务的一种引用或标识，使得Spring框架可以管理事务的生命周期。现实生活中的类比图书馆借书卡：
在图书馆中，你有一张借书卡，这张借书卡上有一个唯一的编号。
借书卡相当于一个句柄，它并不直接代表你借的书，而是代表在图书馆的借书权限和记录。
当你想借书或还书时，只需要出示这张借书卡，图书馆的系统会通过借书卡的编号找到你的借书记录，完成借书或还书操作。
在编程中，句柄扮演的角色类似于借书卡的编号，通过句柄可以间接地操作或访问实际的资源。

2. commit(TransactionStatus status)：

提交给定的事务，TransactionStatus包含了事务的具体信息。
如果事务被成功提交，则对数据库的所有更改将被保存。

3. rollback(TransactionStatus status)：

回滚给定的事务，TransactionStatus包含了事务的具体信息。
如果事务被回滚，则对数据库的所有更改将被撤销。

4. 事务拦截器 TransactionInterceptor

在Spring中，事务拦截器是通过AOP（面向切面编程）机制实现的。事务拦截器会拦截标注了@Transactional注解的方法调用，并在方法执行前后管理事务。

事务管理的启用

在Spring应用中，事务管理通常通过@EnableTransactionManagement注解启用，这会注册必要的基础设施来处理事务。

@Configuration@EnableTransactionManagementpublic class AppConfig {    // 配置数据源和事务管理器}

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事务拦截器的配置

@EnableTransactionManagement会配置一个事务顾问（advisor）和一个事务拦截器（interceptor）。这些组件在Spring容器启动时被注册。

关键类和接口

TransactionManagementConfigurationSelector：负责选择启用事务管理所需的配置类。
ProxyTransactionManagementConfiguration：具体配置类，负责注册事务管理相关的bean。
TransactionInterceptor：事务拦截器，实际负责事务管理的逻辑。

TransactionInterceptor 的工作原理

TransactionInterceptor是Spring事务管理的核心组件之一，它实现了MethodInterceptor接口，通过AOP拦截标注了@Transactional的方法，并在方法执行前后进行事务管理。

TransactionInterceptor 的源码位置

TransactionInterceptor类位于org.springframework.transaction.interceptor包中。以下是其关键部分的简化代码和解释。

package org.springframework.transaction.interceptor;
import org.aopalliance.intercept.MethodInterceptor;import org.aopalliance.intercept.MethodInvocation;import org.springframework.transaction.PlatformTransactionManager;import org.springframework.transaction.TransactionStatus;import org.springframework.transaction.support.TransactionCallback;import org.springframework.transaction.support.TransactionTemplate;
public class TransactionInterceptor extends TransactionAspectSupport implements MethodInterceptor {
    @Override    public Object invoke(MethodInvocation invocation) throws Throwable {        // 获取目标方法        Method method = invocation.getMethod();        // 获取事务属性        TransactionAttributeSource tas = getTransactionAttributeSource();        TransactionAttribute txAttr = tas.getTransactionAttribute(method, invocation.getThis().getClass());
        // 获取事务管理器        PlatformTransactionManager tm = determineTransactionManager(txAttr);
        // 如果没有事务属性或事务管理器，则直接执行方法        if (txAttr == null || tm == null) {            return invocation.proceed();        }
        // 创建事务模板        TransactionTemplate tt = createTransactionTemplate(tm, txAttr);        // 开启事务，执行目标方法，并管理事务提交或回滚        return tt.execute(new TransactionCallback<Object>() {            @Override            public Object doInTransaction(TransactionStatus status) {                try {                    return invocation.proceed();                } catch (Throwable ex) {                    // 回滚事务                    status.setRollbackOnly();                    throw new RuntimeException(ex);                }            }        });    }}

复制代码

时序图如下：

过程描述

客户端调用目标方法：

客户端发起对目标方法的调用。
这一调用被 TransactionInterceptor 拦截。

获取事务属性：

TransactionInterceptor 通过 TransactionAttributeSource 获取目标方法的事务属性。
事务属性包括事务的传播行为、隔离级别、超时设置等。
TransactionAttributeSource 返回获取到的事务属性。

确定事务管理器：

TransactionInterceptor 确定要使用的 PlatformTransactionManager。

获取事务管理器：

根据事务属性获取适当的事务管理器。
事务管理器负责管理事务的生命周期（开始、提交、回滚）。

检查事务属性和事务管理器：

TransactionInterceptor 检查是否获取到事务属性和事务管理器。
如果没有获取到事务属性或事务管理器，则直接执行目标方法，不进行事务管理。
TransactionInterceptor 调用目标方法并返回执行结果。

创建事务模板：

如果获取到事务属性和事务管理器，TransactionInterceptor 创建一个 TransactionTemplate。
TransactionTemplate 用于简化事务操作。

使用事务模板执行目标方法：

TransactionInterceptor 使用 TransactionTemplate 开启事务并执行目标方法。

方法执行成功：

如果目标方法执行成功，事务模板提交事务。
事务模板返回执行结果。
TransactionInterceptor 将结果返回给客户端。

方法执行抛出异常：

如果目标方法抛出异常，事务模板回滚事务。
事务模板抛出异常。
TransactionInterceptor 将异常抛出给客户端。

当Spring启动时，@EnableTransactionManagement启用事务管理，Spring会自动配置事务拦截器TransactionInterceptor。当调用标注了@Transactional的方法时，TransactionInterceptor会拦截该方法，并通过PlatformTransactionManager管理事务的开启、提交和回滚。

总结

@EnableTransactionManagement启用事务管理，并注册必要的事务管理组件。
TransactionInterceptor通过AOP拦截事务方法，并管理事务的开启、提交和回滚。
PlatformTransactionManager在后台执行实际的事务操作。

有兴趣的小伙伴可以自行去学习了解TransactionInterceptor 如何处理事务，以及在事务属性解析、事务管理器选择等方面的具体实现。

5. 时序图展示事务管理流程

这里展示处理事务时的作用流程，包含多种事务传播行为的判断。

详细步骤解释

1. 调用带有 @Transactional 的方法：

客户端调用标注了@Transactional的方法。
AOP拦截器拦截该方法调用。

2. 获取事务：

AOP拦截器，也就是事务拦截器，调用PlatformTransactionManager的getTransaction(TransactionDefinition)方法获取事务。
事务管理器检查当前事务上下文，确定是否需要创建新事务或加入现有事务。

3. 处理传播行为：

根据TransactionDefinition中的传播行为（Propagation Behavior）决定事务的处理方式。
REQUIRED：如果没有现有事务，创建新事务；如果已有事务，加入现有事务。
REQUIRES_NEW：总是创建新事务，如果已有事务，则挂起当前事务。
SUPPORTS：如果有现有事务，则加入现有事务；如果没有事务，则以非事务方式执行。
NOT_SUPPORTED：如果有现有事务，则挂起当前事务，以非事务方式执行。
MANDATORY：如果没有现有事务，则抛出异常。
NEVER：如果有现有事务，则抛出异常。
NESTED：如果有现有事务，则创建嵌套事务；如果没有事务，则创建新事务。

4. 执行目标方法：

AOP拦截器通知客户端继续执行业务逻辑。
客户端执行数据库操作（例如保存实体）。

5. 提交或回滚事务：

如果业务逻辑执行过程中抛出异常：

AOP拦截器调用事务管理器的rollback(TransactionStatus)方法。
事务管理器执行回滚操作，并返回回滚状态。
AOP拦截器将异常抛回给客户端。

如果业务逻辑正常执行完毕：

AOP拦截器调用事务管理器的commit(TransactionStatus)方法。
事务管理器执行提交操作，并返回提交状态。
AOP拦截器将结果返回给客户端。

6. 事务与线程的关系——@Transactional 方法内的异步线程

在写业务的时候可以会遇到，一个方法内部有数据库操作和异步线程的操作，如果是数据库操作的异常，这肯定会回滚，如果数据库操作正常，异步线程执行的时候出现异常，数据库操作会回滚吗？

用一个例子简洁的说明

@Servicepublic class OrderService {
    @Autowired    private OrderRepository orderRepository;
    @Transactional    public void placeOrder(Order order) {        // 保存订单        orderRepository.save(order);
        // 启动异步任务        CompletableFuture.runAsync(() -> {            try {                // 模拟异步任务抛出异常                if (true) {                    throw new RuntimeException("异步任务出错");                }            } catch (Exception e) {                // 异常处理逻辑                // 记录日志，发送告警等                System.err.println("异步任务异常: " + e.getMessage());            }        });
        // 其他业务逻辑    }}

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答案如下：

在@Transactional方法中直接启动的异步线程如果抛出异常，不会导致整个事务回滚。事务的边界仅限于当前线程，异步线程中的异常不会影响主事务。

事务和线程的关系如下

事务绑定到线程上下文：

Spring的事务管理是基于TransactionSynchronizationManager来管理事务状态的。
每个事务在当前线程中开始，事务状态（如是否提交或回滚）存储在当前线程的ThreadLocal变量中。这意味着事务的边界是线程级的。

@Transactional 的工作原理：

当一个方法被@Transactional注解修饰时，Spring会通过AOP创建一个代理，该代理会在方法调用之前开启事务，在方法完成之后根据方法执行情况提交或回滚事务。
事务的开始和结束都发生在当前线程中，即事务的边界局限于执行该方法的线程。

异步线程与事务的独立性

异步任务在不同的线程中执行：

异步任务通常使用@Async注解、CompletableFuture.runAsync、new Thread或自定义线程池来启动。无论哪种方式，异步任务会在一个新的线程中运行。
新线程没有继承原始线程的ThreadLocal变量，包括事务上下文，因此异步线程不参与主事务。

事务状态的隔离：

主线程中执行的事务与异步线程中的操作是独立的。即使异步线程中抛出异常，也不会影响主线程的事务状态。
异步线程中的异常只会在异步线程中传播，不会传播回主线程。

总结

Spring的事务管理是线程绑定的，每个事务与启动它的线程绑定。
异步任务在不同的线程中执行，不继承主线程的事务上下文。
异步线程中的异常不会影响主线程的事务状态。

7. @Transactional 代理机制源码引导分析

一旦分析源码，文章的可阅读性就降低了，这里留有有兴趣的小伙伴自行阅读。

在 Spring 框架中，@Transactional 的代理机制主要涉及几个关键类和接口，包括 TransactionInterceptor、ProxyTransactionManagementConfiguration、TransactionAttributeSourceAdvisor 和 ProxyFactoryBean 等。下面是一些关键的源码位置：

TransactionInterceptor：这个类位于 org.springframework.transaction.interceptor 包中，它是事务管理的核心拦截器。

TransactionAttributeSourceAdvisor：这个类位于 org.springframework.transaction.annotation 包中，它是 AOP Advisor，负责根据事务注解创建切点。

ProxyTransactionManagementConfiguration：这个类位于 org.springframework.transaction.annotation 包中，它是事务管理配置的核心，负责注册事务管理相关的 bean。

可以从 @EnableTransactionManagement 注解开始追踪源码，该注解引导到 ProxyTransactionManagementConfiguration 类，该类配置了事务管理的 AOP 切面。

欢迎一键三连~

有问题请留言，大家一起探讨学习

----------------------Talk is cheap, show me the code-----------------------

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原文链接:【http://xie.infoq.cn/article/eb4c2ee146d678c13e77730a7】。

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3. PlatformTransactionManager 的设计

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5. 时序图展示事务管理流程

6. 事务与线程的关系——@Transactional 方法内的异步线程

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