【Spring】深入理解 Spring 事务及其传播机制

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一、Spring 事务是什么

在 Spring 框架中，事务（Transaction）是一种用于管理数据库操作的机制，旨在确保数据的一致性、可靠性和完整性。事务可以将一组数据库操作（如插入、更新、删除等）视为一个单独的执行单元，要么全部成功地执行，要么全部回滚。这样可以确保数据库在任何时候都保持一致的状态，即使在发生故障或错误时也能保持数据的完整性。

Spring 框架通过提供事务管理功能，使开发者能够更轻松地管理事务的边界。Spring 主要提供了两种主要的事务管理方式：

1. 编程式事务管理：通过编写代码显式地管理事务的开始、提交和回滚操作。这种方式提供了更大的灵活性，但也需要更多的代码维护。

2. 声明式事务管理：通过在配置中声明事务的行为，由 Spring 框架自动处理事务的边界，减少了开发者的工作量，并提高了代码的可维护性。

二、Spring 中事务的实现方法

2.1 Spring 编程式事务（手动）

2.1.1 编程式事务的使用演示

在 Spring 中，编程式事务管理是一种手动控制事务边界的方式，与 MySQL 操作事务的方法类似，它涉及三个重要的操作步骤：

1. 开启事务（获取事务）：首先需要通过获取事务管理器（例如 DataSourceTransactionManager）来获取一个事务，从而开始一个新的事务。事务管理器是用于管理事务的核心组件。

2. 提交事务：一旦一组数据库操作成功执行，并且希望将这些更改永久保存到数据库中，就可以调用事务对象的提交方法。这将使得事务中的所有操作都被应用到数据库。

3. 回滚事务：如果在事务处理过程中发生错误或某种条件不满足，就可以调用事务对象的回滚方法，从而撤销事务中的所有操作，回到事务开始前的状态。

在 Spring Boot 中，可以利用内置的事务管理器 DataSourceTransactionManager 来获取事务，提交或回滚事务。此外，TransactionDefinition 是用来定义事务的属性的，当获取事务时需要将 TransactionDefinition 传递进DataSourceTransactionManager以获取一个事务状态 TransactionStatus。

例如，下面的代码演示了编程式事务：

@RestController
@RequestMapping("/user")
public class UserController {// 编程式事务@Autowiredprivate DataSourceTransactionManager dataSourceTransactionManager;@Autowiredprivate TransactionDefinition transactionDefinition;@Autowiredprivate UserService userService;@RequestMapping("/del")public int delById(@RequestParam("id") Integer id) {if (id == null || id < 0) return 0;// 1. 开启事务TransactionStatus transactionStatus = null;int res = 0;try {transactionStatus = dataSourceTransactionManager.getTransaction(transactionDefinition);// 2. 业务操作 —— 删除用户res = userService.delById(id);System.out.println("删除: " + res);// 3. 提交、回滚事务// 提交事务dataSourceTransactionManager.commit(transactionStatus);} catch (Exception e) {e.printStackTrace();// 回滚事务if (transactionStatus != null) {dataSourceTransactionManager.rollback(transactionStatus);}}return res;}
}

这段代码展示了如何通过编程式事务管理在Spring Boot中处理用户删除操作。编程式事务允许我们在代码中明确地控制事务的边界，以及在需要时手动提交或回滚事务。

2.1.2 编程式事务存在的问题

通过上面的示例代码可以发现，编程式事务虽然提供了更大的灵活性，但也存在一些问题和挑战：

1. 代码冗余和可读性差： 编程式事务需要在代码中显式地添加事务管理的逻辑，导致代码变得冗余且难以维护。每次需要使用事务的地方都需要重复编写事务开启、提交和回滚的代码，降低了代码的可读性。

2. 事务边界控制复杂： 开发者需要手动管理事务的边界，确保事务的开始、提交和回滚都在正确的位置。这可能会导致遗漏事务管理的代码，从而影响数据的一致性。

3. 事务传播和嵌套问题： 在涉及多个方法调用的场景中，手动控制事务的传播和嵌套关系可能变得复杂。需要开发者确保事务在各个方法间正确传播，同时处理好嵌套事务的问题。

4. 异常处理繁琐： 编程式事务需要在异常处理时手动进行回滚操作，如果异常处理不当，事务可能无法正确回滚，导致数据不一致。

5. 可维护性差： 随着项目的发展，业务逻辑可能会变得更加复杂，可能需要频繁地修改事务管理的代码。这会增加代码维护的难度，可能导致错误的引入。

6. 不利于横向扩展： 编程式事务难以支持横向扩展，因为事务管理的代码紧耦合在业务逻辑中，扩展时可能需要修改大量代码。

相比之下，声明式事务管理通过在方法上添加注解或在配置文件中进行声明，使事务管理与业务逻辑分离，提供了更好的代码组织和可维护性。声明式事务可以在切面中自动处理事务的开始、提交和回滚，从而减轻了开发者的工作负担。

所以，大多数情况下，建议使用声明式事务管理来处理事务，特别是在简化事务逻辑和提高代码可读性方面更加有效。

2.2 Spring 声明式事务（自动）

声明式事务的实现非常简单，只需要在需要的方法上添加 @Transactional 注解就可以轻松实现，无需手动开启或提交事务。

• 当进入被注解的方法时，Spring 会自动开启一个事务。
• 方法执行完成后，如果没有抛出未捕获的异常，事务会自动提交，保证数据的一致性。
• 然而，如果方法在执行过程中发生了未经处理的异常，事务会自动回滚，以确保数据库的完整性和一致性。

这种方式大大简化了事务管理的编码，减少了手动处理事务的繁琐操作，提高了代码的可读性和可维护性。例如下面的代码实现：

@RestController
@RequestMapping("/user")
public class UserController {@Autowiredprivate UserService userService;// 声明式事务@RequestMapping("/del")@Transactionalpublic int delById(Integer id) {if (id == null || id < 0) return 0;int result = userService.delById(id);return result;}
}

在这个示例中，delById 方法使用了 @Transactional 注解，表示该方法需要受到声明式事务的管理。在这个方法内部，首先检查了传入的 id，如果为负数则直接返回结果。然后，调用了 userService.delById(id) 方法，删除了指定用户。在方法结束时，事务会自动提交。

同时，如果在执行过程中发生了未处理的异常，事务将会自动回滚，以保持数据库的一致性。这种方式简化了事务管理，提高了代码的可读性和可维护性。

2.2.1 @Transactional 作用范围

@Transactional 注解可以被用来修饰方法或类：

• 当修饰方法时：需要注意它只能应用到 public 访问修饰符的方法上，否则注解不会生效。通常推荐在方法级别使用 @Transactional。

• 当修饰类时：表示该注解对于类中所有的 public 方法都会生效。如果在类级别添加了 @Transactional，那么该类中所有的公共方法都将自动应用事务管理。

一般来说，推荐将 @Transactional 注解应用在方法级别，以便更精确地控制事务的范围，从而避免不必要的事务开销。如果类中的所有方法都需要事务管理，那么将注解应用在类级别是一个更方便的选择。

2.2.2 @Transactional 参数说明

通过查看 @Transactional 的源码，可以发现它支持多个参数，用来配置事务的行为。

以下是对其中参数说明：

参数名称	类型	默认值	描述
value	String	“”	事务管理器的名称，与 transactionManager 等效。
transactionManager	String	“”	事务管理器的名称，与 value 等效。
label	String[]	空数组	事务标签，暂无具体用途。
propagation	Propagation	Propagation.REQUIRED	事务的传播行为，默认为 REQUIRED。
isolation	Isolation	Isolation.DEFAULT	事务的隔离级别，默认为数据库默认隔离级别。
timeout	int	-1	事务的超时时间，单位为秒。-1 表示没有超时限制。
timeoutString	String	“”	事务的超时时间的字符串表示，与 timeout 等效。
readOnly	boolean	false	是否将事务设置为只读，默认为 false。
rollbackFor	Class<? extends Throwable>[]	空数组	触发回滚的异常类型。
rollbackForClassName	String[]	空数组	触发回滚的异常类型的类名字符串。
noRollbackFor	Class<? extends Throwable>[]	空数组	不触发回滚的异常类型。
noRollbackForClassName	String[]	空数组	不触发回滚的异常类型的类名字符串。

这些参数提供了对事务行为的灵活配置，可以根据具体业务需求来调整事务的传播、隔离、超时和回滚策略等。

2.2.3 @Transactional 捕获异常时回滚失效问题

针对于上述的实例代码，现在代码中间模拟实现一个异常，观察会出现什么情况：

@RequestMapping("/del")
@Transactional
public int delById(Integer id) {if (id == null || id < 0) return 0;int result = userService.delById(id);System.out.println(result);try {int num = 10 / 0;} catch (Exception e) {// 如果直接处理异常，则不会回滚e.printStackTrace();}return result;
}

通过浏览器访问，发现服务器成功捕获了异常：

但是事务却没有回滚，对应的用户数据还是被删除了：

其原因在于：

在异常处理中直接捕获了异常并进行了处理，从而导致事务回滚失效。默认情况下，@Transactional 注解会在方法内抛出 RuntimeException 及其子类异常时触发事务回滚。然而，当自己在 catch 块内捕获异常并处理时，Spring 无法感知到异常，从而无法触发事务回滚。

解决方法：

对于这个问题的解决方法大致可以分为两种：

1. 将捕获的异常再次抛出：

e.printStackTrace();
throw e;

这种方法通过重新抛出异常，使得 Spring 能够捕获异常并触发事务回滚。在异常发生后，事务将被回滚，确保之前的数据库操作不会生效，从而保持数据的一致性。

2. 使用 TransactionAspectSupport 手动回滚事务：

e.printStackTrace();
TransactionAspectSupport.currentTransactionStatus().setRollbackOnly();

这种方法利用了 Spring 提供的 TransactionAspectSupport 类来手动设置事务回滚状态。在捕获异常后，通过调用 TransactionAspectSupport.currentTransactionStatus().setRollbackOnly()，可以将当前事务设置为回滚状态，从而达到回滚事务的效果。这种方法更加灵活，可以在需要的时候手动控制事务的回滚。

无论选择哪种方法，都可以在异常发生时触发事务回滚，保障数据的完整性和一致性。选择哪种方法取决于具体的代码逻辑和需求。

2.4.4 @Transactional 工作原理

@Transactional 注解的工作原理基于 Spring AOP（面向切面编程）和事务管理器。它利用了 Spring 框架的代理机制来实现事务管理。

当一个被 @Transactional 注解修饰的方法被调用时，Spring 会创建一个代理对象来包装这个方法。代理对象会在方法执行之前和之后添加事务管理的逻辑，以确保事务的开始、提交和回滚。这个过程是通过 AOP 技术实现的。

具体来说，以下是 @Transactional 注解的工作流程：

1. 事务代理的创建： Spring 在运行时会为每个被 @Transactional 注解修饰的类创建一个代理对象。这个代理对象会包含事务管理的逻辑。

2. 方法调用： 当调用一个被 @Transactional 注解修饰的方法时，实际上是通过代理对象来调用。

3. 事务切面的触发： 在代理对象中，事务切面会在方法执行前后被触发。在方法执行前，切面会开启一个事务；在方法执行后，切面会根据方法的执行情况决定是提交事务还是回滚事务。

4. 事务管理器的使用： 切面会通过事务管理器来控制事务。事务管理器负责实际的事务管理操作，如开启、提交和回滚事务。

5. 事务控制： 如果方法正常执行完毕，切面会通知事务管理器提交事务。如果方法在执行过程中抛出异常，切面会通知事务管理器回滚事务。

总体来说，@Transactional 注解的工作原理是通过代理和切面来实现事务管理，将事务的控制与业务逻辑分离，使代码更加模块化和可维护。这也是声明式事务管理的核心机制之一。

2.3 Spring 事务失效场景

在某些情况下，Spring 中的事务可能会失效，导致事务不生效或不按预期执行。以下是一些可能导致事务失效的场景：

1. 非 public 修饰的方法： 默认情况下，@Transactional 注解只对 public 访问修饰符的方法起作用。如果你在非 public 方法上添加了 @Transactional 注解，事务可能不会生效。

2. timeout 超时： 如果事务执行的时间超过了设置的 timeout 值，事务可能会被强制回滚。这可能会导致事务不按预期执行，特别是当事务需要执行较长时间的操作时。

3. 代码中有 try/catch： 如果在方法内部捕获并处理了异常，Spring 将无法感知到异常，从而无法触发事务回滚。这可能导致事务在异常发生时不会回滚。

4. 调用类内部带有 @Transactional 的方法： 当一个类内部的方法被调用时，它的 @Transactional 注解可能不会生效。这是因为 Spring 默认使用基于代理的事务管理，直接在类内部调用方法不会经过代理，从而事务管理可能不会生效。

@RestController
@RequestMapping("/user")
public class UserController {@Autowiredprivate UserService userService;public int del(Integer id){return delById(id);}// 声明式事务@RequestMapping("/del")@Transactionalpublic int delById(Integer id) {if (id == null || id < 0) return 0;int result = userService.delById(id);return result;}
}

5. 数据库不支持事务： 如果你的数据库不支持事务，例如使用了某些特殊的数据库引擎，事务可能无法正常工作。在这种情况下，应该确保使用支持事务的数据库引擎。

三、事务的隔离级别

3.1 事务的特性回顾

在数据库中，事务具有以下四个重要的特性，通常被称为 ACID 特性：

1. 原子性（Atomicity）： 事务被视为一个不可分割的操作单元，要么全部执行成功，要么全部失败回滚。

2. 一致性（Consistency）： 事务使数据库从一个一致的状态转变到另一个一致的状态，保证数据的完整性和一致性。

3. 隔离性（Isolation）： 并发执行的事务之间应该互不影响，每个事务都感觉自己在独立地操作数据。

4. 持久性（Durability）： 一旦事务提交，其对数据库的修改就应该是永久性的，即使发生系统崩溃也不应该丢失。

3.2 MySQL 的事务隔离级别

MySQL 支持以下四个事务隔离级别，用于控制多个事务之间的相互影响程度：

1. 读未提交（Read Uncommitted）： 允许一个事务读取另一个事务尚未提交的数据。这是最低的隔离级别，可能会导致脏读、不可重复读和幻读的问题。

2. 读已提交（Read Committed）： 允许一个事务只能读取另一个事务已经提交的数据。这可以避免脏读，但可能会出现不可重复读和幻读的问题。

3. 可重复读（Repeatable Read）： 保证在同一个事务中多次读取同样记录的结果是一致的，即使其他事务对该记录进行了修改。这可以避免脏读和不可重复读，但可能出现幻读。

4. 串行化（Serializable）： 最高的隔离级别，确保每个事务都完全独立运行，避免了脏读、不可重复读和幻读问题，但可能影响并发性能。

以下是事务四个隔离级别对应的脏读、不可重复读、幻读情况：

隔离级别	脏读	不可重复读	幻读
读未提交	√	√	√
读已提交	×	√	√
可重复读	×	×	√
串行化	×	×	×

• √ 表示可能出现该问题。
• × 表示该问题不会出现。

3.3 Spring 事务的隔离级别

Spring 通过 @Transactional 注解中的 isolation 参数来支持不同的事务隔离级别。Isolation的源码如下：

可以使用这些枚举值来设置隔离级别：

• Isolation.DEFAULT：使用数据库的默认隔离级别。
• Isolation.READ_UNCOMMITTED：读未提交。
• Isolation.READ_COMMITTED：读已提交。
• Isolation.REPEATABLE_READ：可重复读。
• Isolation.SERIALIZABLE：串行化。

例如，指定 Spring 事务的隔离级别为 DEFAULT：

@RequestMapping("/del")
@Transactional(isolation = Isolation.DEFAULT)
public int delById(Integer id) {if (id == null || id < 0) return 0;int result = userService.delById(id);return result;
}

通过选择合适的事务隔离级别，可以在并发环境中控制事务之间的相互影响程度，从而避免数据不一致的问题。不同的隔离级别在性能和数据一致性方面有不同的权衡，开发人员需要根据具体的业务需求来选择合适的隔离级别。

四、Spring 事务的传播机制

4.1 为什么需要事务传播机制

在复杂的应用场景中，一个事务操作可能会调用多个方法或服务。这些方法可能需要独立地进行事务管理，但又需要协同工作，以保持数据的一致性和完整性。这时就需要引入事务传播机制。

事务传播机制定义了多个事务方法之间如何协同工作，如何共享同一个事务，以及在嵌套事务中如何进行隔离和提交。通过事务传播机制，可以确保多个事务方法在执行时能够按照一定的规则进行协调，避免数据不一致的问题。

4.2 事务传播机制的分类

Spring 定义了七种事务传播行为，用于控制多个事务方法之间的交互。这些传播行为可以在 @Transactional 注解中的 propagation 参数中进行设置。以下是这些传播行为：

1. REQUIRED（默认）： 如果当前存在事务，就加入到当前事务中；如果没有事务，就创建一个新的事务。这是最常用的传播行为。

2. SUPPORTS： 如果当前存在事务，就加入到当前事务中；如果没有事务，就以非事务方式执行。

3. MANDATORY： 如果当前存在事务，就加入到当前事务中；如果没有事务，就抛出异常。

4. REQUIRES_NEW： 无论当前是否存在事务，都创建一个新的事务。如果当前存在事务，则将当前事务挂起。

5. NOT_SUPPORTED： 以非事务方式执行，如果当前存在事务，就将当前事务挂起。

6. NEVER： 以非事务方式执行，如果当前存在事务，就抛出异常。

7. NESTED： 如果当前存在事务，就在一个嵌套的事务中执行；如果没有事务，就与 REQUIRED 一样。

以上 7 种传播行为，可以根据是否支持当前事务分为以下 3 类：

4.3 Spring 事务传播机制使用案例

REQUIRED 和 NESTED 传播机制的事务演示：

控制层 Controller 的 UserController ：

@RestController
@RequestMapping("/user")
public class UserController {@Autowiredprivate UserService userService;@RequestMapping("/add") // /add?username=lisi&password=123456@Transactional(propagation = Propagation.NESTED)// Transactional(propagation = Propagation.REQUIRED)//@Transactional(propagation = Propagation.REQUIRES_NEW)public int add(@RequestParam("username") String username, @RequestParam("password") String password) {if (null == username || null == password || "".equals(username) || "".equals(password)) {return 0;}int result = 0;// 用户添加操作UserInfo user = new UserInfo();user.setUsername(username);user.setPassword(password);result = userService.add(user);try {int num = 10 / 0; // 加入事务：外部事务回滚，内部事务也会回滚} catch (Exception e) {e.printStackTrace();TransactionAspectSupport.currentTransactionStatus().setRollbackOnly();}return result;}
}

服务层Service的UserService：

@Service
public class UserService {@Autowiredprivate UserMapper userMapper;@Autowiredprivate LogService logService;public int delById(Integer id){return userMapper.delById(id);}@Transactional(propagation = Propagation.NESTED)// Transactional(propagation = Propagation.REQUIRED)//@Transactional(propagation = Propagation.REQUIRES_NEW)public int add(UserInfo user){// 添加用户信息int addUserResult = userMapper.add(user);System.out.println("添加用户结果：" + addUserResult);//添加日志信息Log log = new Log();log.setMessage("添加用户信息");logService.add(log);return addUserResult;}
}

服务层Service的LogService ：

@Service
public class LogService {@Autowiredprivate LogMapper logMapper;@Transactional(propagation = Propagation.NESTED)// Transactional(propagation = Propagation.REQUIRED)//@Transactional(propagation = Propagation.REQUIRES_NEW)public int add(Log log){int result =  logMapper.add(log);System.out.println("添加日志结果：" + result);// 模拟异常情况try {int num = 10 / 0;} catch (Exception e) {// 加入事务：内部事务回滚，外部事务也会回滚，并且会抛异常// 嵌套事务：内部事务回滚，不影响外部事务e.printStackTrace();TransactionAspectSupport.currentTransactionStatus().setRollbackOnly();}return result;}
}

在事务传播机制中，REQUIRED 和 NESTED 是两种不同的传播行为，它们在事务的嵌套、回滚以及对外部事务的影响等方面有所不同。通过上面代码的演示，可以得出 REQUIRED 和 NESTED 之间的主要区别如下：

1. 嵌套性质：

   • REQUIRED：内部方法与外部方法共享同一个事务，内部方法的事务操作是外部方法事务的一部分。
   • NESTED：内部方法创建一个嵌套事务，它是外部事务的子事务，具有独立的事务状态，内部事务的回滚不会影响外部事务。

2. 回滚行为：

   • REQUIRED：如果内部方法抛出异常或设置回滚，会导致整个外部事务回滚，包括内部方法和外部方法的操作。
   • NESTED：如果内部方法抛出异常或设置回滚，只会回滚内部事务，而外部事务仍然可以继续执行。

3. 影响外部事务：

   • REQUIRED：内部方法的事务操作会影响外部事务的状态，内部方法回滚会导致外部事务回滚。
   • NESTED：内部方法的事务操作不会影响外部事务的状态，内部方法回滚不会影响外部事务的提交或回滚。

4. 支持性：

   • REQUIRED：较为常用，适用于将多个方法的操作作为一个整体进行事务管理的情况。
   • NESTED：在某些数据库中不支持，需要数据库支持保存点（Savepoint）的功能。

总的来说，REQUIRED 适用于需要将多个方法的操作作为一个整体事务管理的情况，而 NESTED 适用于需要在内部方法中创建嵌套事务的情况，保持内部事务的独立性，不影响外部事务。选择使用哪种传播行为取决于业务需求和数据库的支持情况。