麒麟v10 上部署 TiDB v5.1.2 生产环境优化实践
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2023-05-20
Spring中事务的使用、抽象机制及模拟Spring事务实现
Spring中事务的使用、抽象机制及模拟Spring事务实现
本文大纲如下：
Spring事务应用大纲
编程式事务
Spring提供了两种编程式事务管理的方法
使用 TransactionTemplate 或者 TransactionalOperator. 直接实现TransactionManager接口
如果是使用的是命令式编程，Spring推荐使用TransactionTemplate 来完成编程式事务管理，如果是响应式编程，那么使用TransactionalOperator更加合适。
TransactionTemplate
使用示例（我这里直接用的官网提供的例子了）
public class SimpleService implements Service { private final TransactionTemplate transactionTemplate; // 使用构造对transactionTemplate进行初始化 // 需要提供一个transactionManager public SimpleService(PlatformTransactionManager transactionManager) { this.transactionTemplate = new TransactionTemplate(transactionManager); } public Object someServiceMethod() { return transactionTemplate.execute(new TransactionCallback() { public Object doInTransaction(TransactionStatus status) { // 这里实现自己的相关业务逻辑 updateOperation1(); return resultOfUpdateOperation2(); } }); } }
在上面的例子中，我们显示的使用了TransactionTemplate来完成事务管理，通过实现TransactionCallback接口并在其doInTransaction方法中完成了我们对业务的处理。我们可以大概看下TransactionTemplate的execute方法的实现：
这些方法具体的实现我们暂且不看，后续进行源码分析时都会详细介绍，之所以将这个代码贴出来是让大家更好的理解TransactionTemplate的工作机制：实际上就是通过一个TransactionCallback封装了业务逻辑，然后TransactionTemplate会在事务的上下文中调用。
在上面的例子中doInTransaction是有返回值的，而实际上有时候并不需要返回值，这种情况下，我们可以使用TransactionCallbackWithoutResult提代TransactionCallback。
transactionTemplate.execute(new TransactionCallbackWithoutResult() { protected void doInTransactionWithoutResult(TransactionStatus status) { updateOperation1(); updateOperation2(); } });
❝实际上我们还可以通过TransactionTemplate指定事务的属性，例如隔离级别、超时时间、传播行为等等
TransactionTemplate是线程安全的，我们可以全局配置一个TransactionTemplate，然后所有的类都共享这个TransactionTemplate。但是，如果某个类需要特殊的事务配置，例如需要定制隔离级别，那么我们就有必要去创建不同的TransactionTemplate。❞
TransactionOperator
❝TransactionOperator适用于响应式编程的情况，这里就不做详细介绍了❞
TransactionManager
实际上TransactionTemplate内部也是使用TransactionManager来完成事务管理的，我们之前也看过它的execute方法的实现了，其实内部就是调用了TransactionManager的方法，实际上就是分为这么几步
开启事务 执行业务逻辑 出现异常进行回滚 正常执行则提交事务
这里我还是直接用官网给出的例子
我们在后边的源码分析中其实重点分析的也就是TransactionManager的源码。
申明式事务
在对编程式事务有一定了解之后我们会发现，编程式事务存在下面几个问题：
「我们的业务代码跟事务管理的代码混杂在一起」。 「每个需要事务管理的地方都需要写重复的代码」
如何解决呢？这就要用到申明式事务了，实现申明式事务一般有两种方式
基于XML配置 基于注解
申明式事务事务的实现原理如下（图片来源于官网）：
实现原理
「实际上就是结合了APO自动代理跟事务相关API」。通过开启AOP自动代理并向容器中注册了事务需要的通知（Transaction Advisor），在Transaction Advisor调用了事务相关API，其实内部也是调用了TransactionManager的方法。
基于XML配置这种方式就不讲了，笔者近两年时间没用过XML配置，我们主要就看看通过注解方式来实现申明式事务。主要涉及到两个核心注解
@EnableTransactionManagement @Transactional
@EnableTransactionManagement这个注解主要有两个作用，其一是，开启AOP自动代理，其二是，添加事务需要用到的通知（Transaction Advisor），如果你对AOP有一定了解的话那你应该知道一个Advisor实际上就是一个绑定了切点（Pointcut）的通知（Advice）,通过@EnableTransactionManagement这个注解导入的Advisor所绑定的切点就是通过@Transactional来定义的。
申明式事务的例子我这里就省去了，我相信没几个人不会用吧.....
Spring对事务的抽象
Spring事务抽象的关键就是事务策略的概念，事务策略是通过TransactionManager接口定义的。TransactionManager本身只是一个标记接口，它有两个直接子接口
ReactiveTransactionManager，这个接口主要用于在响应式编程模型下，不是我们要讨论的重点 PlatformTransactionManager，命令式编程模型下我们使用这个接口。
❝关于响应式跟命令式编程都可以单独写一篇文章了，本文重点不是讨论这两种编程模型，可以认为平常我们使用的都是命令式编程❞
PlatformTransactionManager
PlatformTransactionManager接口定义
PlatformTransactionManager是命令式编程模型下Spring事务机制的中心接口，定义了完成一个事务必须的三个步骤，也就是说定义了事务实现的规范
开启事务 提交事务 回滚事务
通常来说，我们不会直接实现这个接口，而是通过继承AbstractPlatformTransactionManager，这个类是一个抽象类，主要用作事务管理的模板，这个抽象类已经实现了事务的传播行为以及跟事务相关的同步管理。
回头看接口中定义的三个方法，首先是开启事务的方法，从方法签名上来看，其作用就是通过一个TransactionDefinition来获取一个TransactionStatus类型的对象。为了更好的理解Spring中事务的抽象我们有必要了解下这两个接口
TransactionDefinition
接口定义如下：
public interface TransactionDefinition { // 定义了7中事务的传播机制 int PROPAGATION_REQUIRED = 0; int PROPAGATION_SUPPORTS = 1; int PROPAGATION_MANDATORY = 2; int PROPAGATION_REQUIRES_NEW = 3; int PROPAGATION_NOT_SUPPORTED = 4; int PROPAGATION_NEVER = 5; int PROPAGATION_NESTED = 6; // 4种隔离级别，-1代表的是使用数据库默认的隔离级别 // 比如在MySQL下，使用的就是ISOLATION_REPEATABLE_READ（可重复读） int ISOLATION_DEFAULT = -1; int ISOLATION_READ_UNCOMMITTED = 1; int ISOLATION_READ_COMMITTED = 2; int ISOLATION_REPEATABLE_READ = 4; int ISOLATION_SERIALIZABLE = 8; // 事务的超时时间，默认不限制时间 int TIMEOUT_DEFAULT = -1; // 提供了对上面三个属性的get方法 default int getPropagationBehavior() { return PROPAGATION_REQUIRED; } default int getIsolationLevel() { return ISOLATION_DEFAULT; } default int getTimeout() { return TIMEOUT_DEFAULT; } // 事务是否是只读的，默认不是 default boolean isReadOnly() { return false; } // 事务的名称 @Nullable default String getName() { return null; } // 返回一个只读的TransactionDefinition // 只对属性提供了getter方法，所有属性都是接口中定义的默认值 static TransactionDefinition withDefaults() { return StaticTransactionDefinition.INSTANCE; } }
从这个接口的名字上我们也能知道，它的主要完成了对事务定义的抽象，这些定义有些是数据库层面本身就有的，例如隔离级别、是否只读、超时时间、名称。也有些是Spring赋予的，例如事务的传播机制。Spring中一共定义了7种事务的传播机制
TransactionDefinition.PROPAGATION_REQUIRED：如果当前存在事务，则加入该事务；如果当前没有事务，则创建一个新的事务。 TransactionDefinition.PROPAGATION_REQUIRES_NEW：创建一个新的事务，如果当前存在事务，则把当前事务挂起。 TransactionDefinition.PROPAGATION_SUPPORTS：如果当前存在事务，则加入该事务；如果当前没有事务，则以非事务的方式继续运行。 TransactionDefinition.PROPAGATION_NOT_SUPPORTED：以非事务方式运行，如果当前存在事务，则把当前事务挂起。 TransactionDefinition.PROPAGATION_NEVER：以非事务方式运行，如果当前存在事务，则抛出异常。 TransactionDefinition.PROPAGATION_MANDATORY：如果当前存在事务，则加入该事务；如果当前没有事务，则抛出异常。 TransactionDefinition.PROPAGATION_NESTED：如果当前存在事务，则创建一个事务作为当前事务的嵌套事务来运行；如果当前没有事务，则该取值等价于TransactionDefinition.PROPAGATION_REQUIRED。
关于事务的传播在源码分析的文章中我会重点介绍，现在大家留个印象即可。
我们在使用申明式事务的时候，会通过@Transactional这个注解去申明某个方法需要进行事务管理，在@Transactional中可以定义事务的属性，这些属性实际上就会被封装到一个TransactionDefinition中，当然封装的时候肯定不是直接使用的接口，而是这个接口的一个实现类RuleBasedTransactionAttribute。RuleBasedTransactionAttribute，该类的继承关系如下：
RuleBasedTransactionAttribute
DefaultTransactionDefinition，实现了TransactionDefinition，并为其中的定义的属性提供了默认值
// 默认的传播机制为required,没有事务新建一个事务 // 有事务的话加入当前事务 private int propagationBehavior = PROPAGATION_REQUIRED; // 隔离级别跟数据库默认的隔离级别一直 private int isolationLevel = ISOLATION_DEFAULT; // 默认为-1，不设置超时时间 private int timeout = TIMEOUT_DEFAULT; // 默认不是只读的 private boolean readOnly = false;
TransactionAttribute，扩展了``DefaultTransactionDefinition`，新增了两个事务的属性
// 用于指定事务使用的事务管理器的名称 String getQualifier(); // 指定在出现哪种异常时才进行回滚 boolean rollbackOn(Throwable ex);
DefaultTransactionAttribute，继承了DefaultTransactionDefinition,同时实现了TransactionAttribute接口，定义了默认的回滚异常
// 抛出RuntimeException/Error才进行回滚 public boolean rollbackOn(Throwable ex) { return (ex instanceof RuntimeException || ex instanceof Error); }
RuleBasedTransactionAttribute,@Transactional注解的rollbackFor等属性就会被封装到这个类中，允许程序员自己定义回滚的异常，如果没有指定回滚的异常，默认「抛出RuntimeException/Error才进行回滚」
TransactionStatus
这个接口主要用于描述Spring事务的状态，其继承关系如下：
TransactionStatus
TransactionExecution，这个接口也是用于描述事务的状态，TransactionStatus是在其上做的扩展，内部定义了以下几个方法
// 判断当前事务是否是一个新的事务 // 不是一个新事务的话，那么需要加入到已经存在的事务中 boolean isNewTransaction(); // 事务是否被标记成RollbackOnly // 如果被标记成了RollbackOnly，意味着事务只能被回滚 void setRollbackOnly(); boolean isRollbackOnly(); // 是否事务完成，回滚或提交都意味着事务完成了 boolean isCompleted();
SavepointManager，定义了管理保存点（Savepoint）的方法，隔离级别为NESTED时就是通过设置回滚点来实现的，内部定义了这么几个方法
// 创建保存点 Object createSavepoint() throws TransactionException; // 回滚到指定保存点 void rollbackToSavepoint(Object savepoint) throws TransactionException; // 移除回滚点 void releaseSavepoint(Object savepoint) throws TransactionException;
TransactionStatus，继承了上面这些接口，额外提供了两个方法
//用于判断当前事务是否设置了保存点 boolean hasSavepoint(); // 这个方法复写了父接口Flushable中的方法 // 主要用于刷新会话 // 对于Hibernate/jpa而言就是调用了其session/entityManager的flush方法 void flush();
❝小总结：通过上面的分析我们会发现，TransactionDefinition的主要作用是给出一份事务属性的定义，然后事务管理器根据给出的定义来创建事务，TransactionStatus主要是用来描述创建后的事务的状态❞
在对TransactionDefinition跟TransactionStatus有一定了解后，我们再回到PlatformTransactionManager接口本身，PlatformTransactionManager作为事务管理器的基础接口只是定义管理一个事务必须的三个方法：开启事务，提交事务，回滚事务，接口仅仅是定义了规范而已，真正做事的还是要依赖它的实现类，所以我们来看看它的继承关系
PlatformTransactionManager的实现类
PlatformTransactionManager
AbstractPlatformTransactionManager，Spring提供的一个事务管理的基类，提供了事务管理的模板，实现了Spring事务管理的一个标准流程
判断当前是否已经存在一个事务 应用合适的事务传播行为 在必要的时候挂起/恢复事务 提交时检查事务是否被标记成为rollback-only 在回滚时做适当的修改（是执行真实的回滚/还是将事务标记成rollback-only）
触发注册的同步回调
在AbstractPlatformTransactionManager提供了四个常见的子类，其说明如下
关于事务管理器的详细代码分析放到下篇文章，本文对其有个大概了解即可。
Spring中事务的同步机制
Spring中事务相关的同步机制可以分为两类
资源的同步 行为的同步
什么是资源的同步呢？在一个事务中我们往往会一次执行多个SQL（如果是单条的SQL实际上没有必要开启事务），为了保证事务所有的SQL都能够使用一个数据库连接，这个时候我们需要将数据库连接跟事务进行同步，这个时候数据库连接就是跟这个事务同步的一个资源。
那什么又是行为的同步呢？还是以数据库连接为例子，在事务开启之前我们需要先获取一个数据库连接，同样的在事务提交时我们需要将连接关闭（不一定是真正的关闭，如果是连接池只是归还到连接池中），这个时候关闭连接这个行为也需要跟事务进行同步
那么Spring是如何来管理同步的呢？同样的，Spring也提供了一个同步管理器TransactionSynchronizationManager，这是一个抽象类，其中所有的方法都是静态的，并且所有的方法都是围绕它所申明的几个静态常量字段，如下：
// 这就是同步的资源，Spring就是使用这个完成了连接的同步 private static final ThreadLocal
可以看到所有的同步都是通过ThreadLocal实现的，对于ThreadLocal本文不做详细分析，如果对ThreadLocal还不了解的同学也没有关系，对于本文而言你只需要知道ThreadLocal能将资源跟当前线程绑定即可，例如ThreadLocal
上面的几个变量中除了synchronizations之外其余的应该都很好理解，synchronizations中绑定的是一个TransactionSynchronization的集合，那么这个TransactionSynchronization有什么用呢？我们来看看它的接口定义
public interface TransactionSynchronization extends Flushable { // 事务完成的状态 // 0 提交 // 1 回滚 // 2 异常状态，例如在事务执行时出现异常，然后回滚，回滚时又出现异常 // 就会被标记成状态2 int STATUS_COMMITTED = 0; int STATUS_ROLLED_BACK = 1; int STATUS_UNKNOWN = 2; // 我们绑定的这些TransactionSynchronization需要跟事务同步 // 1.如果事务挂起，我们需要将其挂起 // 2.如果事务恢复，我们需要将其恢复 default void suspend() { } default void resume() { } @Override default void flush() { } // 在事务执行过程中，提供的一些回调方法 default void beforeCommit(boolean readOnly) { } default void beforeCompletion() { } default void afterCommit() { } default void afterCompletion(int status) { } }
可以看到这个接口就是定义了一些方法，这些个方法可以在事务达到不同阶段后执行，可以认为定义了事务执行过程的一些回调行为，这就是我之前说的行为的同步。
模拟Spring事务的实现
本文的最后一部分希望大家模拟一下Spring事务的实现，我们利用现有的AOP来实现事务的管理。数据库访问我们直接使用jdbc，在模拟之前我们先明确两点
切点应该如何定义？ 通知要实现什么功能？
我们先说第一个问题，因为是我们自己模拟，所以关于切点的定义我们就设置的尽量简单一些，不妨就直接指定某个包下的所有类。对于第二个问题，我们也不做的过于复杂，在方法执行前开启事务，在方法执行后提交事务并关闭连接，所以我们需要定义一个环绕通知。同时，我们也需要将连接跟事务同步，保证事务中的所有SQL共用一个事务是实现事务管理的必要条件。基于此，我们开始编写代码
我们只需要引入Spring相关的依赖跟JDBC相关依赖即可，该项目仅仅是一个Spring环境下的Java项目，没有Web依赖，也不是SpringBoot项目，项目结构如下：
POM文件:
配置类：
完成事务管理的核心类：
实际需要事务管理的类
@Component public class UserService { public void saveUser() { TransactionUtil.execute ("INSERT INTO `test`.`user`(`id`, `name`) VALUES (?, ?)", 100, "dmz"); // 测试回滚 // throw new RuntimeException(); } }
切面：
用于测试的主函数：
public class Main { public static void main(String[] args) { AnnotationConfigApplicationContext ac = new AnnotationConfigApplicationContext(Config.class); UserService userService = ac.getBean(UserService.class); userService.saveUser(); } }
具体的测试过程跟测试结果我就不放了，大家把代码拷贝过去自行测试就好了
总结
本文主要介绍了Spring中的事务相关内容，对Spring中的事务抽象机制做了介绍，主要是为了让大家在接下来一篇源码文章中能减轻负担，希望大家可以根据自己理解动手模拟下Spring中事务的实现哦，当你自己去实现的时候肯定会碰到一系列的问题，然后带着这些问题看源码你才能知道Spring为什么要做这些事情！
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