Spring事務用法示例與實現原理

關於事務，簡單來說，就是爲了保證數據完整性而存在的一種工具，其主要有四大特性：原子性，一致性，隔離性和持久性。對於Spring事務，其最終還是在數據庫層面實現的，而Spring只是以一種比較優雅的方式對其進行封裝支持。本文首先會通過一個簡單的示例來講解Spring事務是如何使用的，然後會講解Spring是如何解析xml中的標籤，並對事務進行支持的。

1. 使用示例

關於事務最簡單的示例，就是其一致性，比如在整個事務執行過程中，如果任何一個位置報錯了，那麼都會導致事務回滾，回滾之後數據的狀態將和事務執行之前完全一致。這裏我們以用戶數據爲例，在插入用戶數據的時候，如果程序報錯了，那麼插入的動作就會回滾。如下是用戶的實體：

public class User {
  private long id;
  private String name;
  private int age;
  
  // getter, setter...
}

如下是模擬插入用戶數據的業務代碼：

public interface UserService {
  void insert(User user);
}

@Service
@Transactional
public class UserServiceImpl implements UserService {
  @Autowired
  private JdbcTemplate jdbcTemplate;

  @Override
  public void insert(User user) {
    jdbcTemplate.update("insert into user (name, age) value (?, ?)", 
        user.getName(), user.getAge());
  }
}

在進行事務支持時，Spring只需要使用者在需要事務支持的bean上使用@Transactional註解即可，如果需要修改事務的隔離級別和傳播特性的屬性，則使用該註解中的屬性進行指定。這裏默認的隔離級別與各個數據庫一致，比如MySQL是Repeatable Read，而傳播特性默認則爲Propagation.REQUIRED，即只需要當前操作具有事務即可。如下是xml文件的配置：

<bean id="dataSource" class="org.apache.commons.dbcp.BasicDataSource" destroy-method="close">
    <property name="url" value="jdbc:mysql://localhost/test?useUnicode=true"/>
    <property name="driverClassName" value="com.mysql.jdbc.Driver"/>
    <property name="username" value="****"/>
    <property name="password" value="******"/>
</bean>

<bean id="jdbcTemplate" class="org.springframework.jdbc.core.JdbcTemplate">
    <property name="dataSource" ref="dataSource"/>
</bean>

<bean id="transactionManager" class="org.springframework.jdbc.datasource.DataSourceTransactionManager">
    <property name="dataSource" ref="dataSource"/>
</bean>

<context:component-scan base-package="com.transaction"/>
<tx:annotation-driven/>

上述數據庫配置用戶按照各自的設置進行配置即可。可以看到，這裏對於數據庫的配置，主要包括四個方面：

DataSource配置：設置當前應用所需要連接的數據庫，包括鏈接，用戶名，密碼等；
JdbcTemplate聲明：封裝了客戶端調用數據庫的方式，用戶可以使用其他的方式，比如JpaRepository，Mybatis等等；
TransactionManager配置：指定了事務的管理方式，這裏使用的是DataSourceTransactionManager，對於不同的鏈接方式，也可以進行不同的配置，比如對於JpaRepository使用JpaTransactionManager，對於Hibernate，使用HibernateTransactionManager；
tx:annotation-driven：主要用於事務驅動，其會通過AOP的方式聲明一個爲事務支持的Advisor，通過該Advisor和事務的相關配置進行事務相關操作。

按照上述配置，我們的事務功能即配置完成，如下是我們的驅動類程序：

public class TransactionApp {
  @Test
  public void testTransaction() {
    ApplicationContext ac = new ClassPathXmlApplicationContext("applicationContext.xml");
    UserService userService = ac.getBean(UserService.class);
    User user = getUser();
    userService.insert(user);
  }

  private User getUser() {
    User user = new User();
    user.setName("Mary");
    user.setAge(27);
    return user;
  }
}

運行上述程序之後，可以看到數據庫中成功新增了一條數據。這裏如果我們將業務代碼的插入語句之後手動拋出一個異常，那麼，理論上插入語句是會回滾的。如下是修改後的service代碼：

@Service
@Transactional
public class UserServiceImpl implements UserService {
  @Autowired
  private JdbcTemplate jdbcTemplate;

  @Override
  public void insert(User user) {
    jdbcTemplate.update("insert into user (name, age) value (?, ?)", 
        user.getName(), user.getAge());
    throw new RuntimeException();
  }
}

這裏我們手動拋出了一個RuntimeException，再次運行上述程序之後我們發現數據庫中是沒有新增的數據的，這說明我們的事務在程序出錯後是能夠保證數據一致性的。

2. 標籤解析

關於事務的實現原理，我們首先講解Spring是如何解析標籤，並且封裝相關bean的，後面我們會深入講解Spring是如何封裝數據庫事務的。

根據上面的示例，我們發現，其主要有三個部分：DataSource，TransactionManager和tx:annotation-driven標籤。這裏前面兩個部分主要是聲明瞭兩個bean，分別用於數據庫連接的管理和事務的管理，而tx:annotation-driven纔是Spring事務的驅動。根據本人前面對Spring自定義標籤的講解（Spring自定義標籤解析與實現），可以知道，這裏tx:annotation-driven是一個自定義標籤，我們根據其命名空間（www.springframework.org/schema/tx）在全局範圍內搜索，可以找到其處理器指定文件spring.handlers，該文件內容如下：

http\://www.springframework.org/schema/tx=org.springframework.transaction.config.TxNamespaceHandler

這裏也就是說tx:annotation-driven標籤的解析在TxNamespaceHandler中，我們繼續打開該文件可以看到起init()方法如下：

@Override
public void init() {
    registerBeanDefinitionParser("advice", new TxAdviceBeanDefinitionParser());
    registerBeanDefinitionParser("annotation-driven", 
        new AnnotationDrivenBeanDefinitionParser());
    registerBeanDefinitionParser("jta-transaction-manager", 
        new JtaTransactionManagerBeanDefinitionParser());
}

可以看到，這裏的annotation-driven是在AnnotationDrivenBeanDefinitionParser中進行處理的，其parse()方法就是解析標籤，並且註冊相關bean的方法，如下是該方法的實現：

public BeanDefinition parse(Element element, ParserContext parserContext) {
    // 註冊事務相關的監聽器，如果某個方法標註了TransactionalEventListener註解，
    // 那麼該方法就是一個事務事件觸發方法，即發生某種事務事件後，將會根據該註解的設置，回調指定
    // 類型的方法。常見的事務事件有：事務執行前和事務完成(包括報錯後的完成)後的事件。
    registerTransactionalEventListenerFactory(parserContext);
    String mode = element.getAttribute("mode");
    // 獲取當前事務驅動程序的模式，如果使用了aspectj模式，則會註冊一個AnnotationTransactionAspect
    // 類型的bean，用戶可以以aspectj的方式使用該bean對事務進行更多的配置
    if ("aspectj".equals(mode)) {
        registerTransactionAspect(element, parserContext);
    } else {
        // 一般使用的是當前這種方式，這種方式將會在Spring中註冊三個bean，分別是
        // AnnotationTransactionAttributeSource，TransactionInterceptor
        // 和BeanFactoryTransactionAttributeSourceAdvisor，並通過Aop的方式實現事務
        AopAutoProxyConfigurer.configureAutoProxyCreator(element, parserContext);
    }
    return null;
}

可以看到，對於事務的驅動，這裏主要做了兩件事：①註冊事務相關的事件觸發器，這些觸發器由用戶自行提供，在事務進行提交或事務完成時會觸發相應的方法；②判斷當前事務驅動的模式，有默認模式和aspectj模式，對於aspectj模式，Spring會註冊一個AnnotationTransactionAspect類型的bean，用於用戶使用更親近於aspectj的方式進行事務處理；對於默認模式，這裏主要是聲明瞭三個bean，最終通過Aop的方式進行事務切入。下面我們看一下Spring是如何註冊這三個bean的，如下是AopAutoProxyConfigurer.configureAutoProxyCreator的源碼：

public static void configureAutoProxyCreator(Element element, 
        ParserContext parserContext) {
    // 這個方法主要是在當前BeanFactory中註冊InfrastructureAdvisorAutoProxyCreator這個
    // bean，這個bean繼承了AbstractAdvisorAutoProxyCreator，也就是其實現原理與我們前面
    // 講解的Spring Aop的實現原理幾乎一致
    AopNamespaceUtils.registerAutoProxyCreatorIfNecessary(parserContext, element);

    // 這裏的txAdvisorBeanName就是我們最終要註冊的bean，其類型就是下面註冊的
    // BeanFactoryTransactionAttributeSourceAdvisor，可以看到，其本質是一個
    // Advisor類型的對象，因而Spring Aop會將其作爲一個切面織入到指定的bean中
    String txAdvisorBeanName = TransactionManagementConfigUtils
        .TRANSACTION_ADVISOR_BEAN_NAME;
    // 如果當前BeanFactory中已經存在了目標bean，則不進行註冊
    if (!parserContext.getRegistry().containsBeanDefinition(txAdvisorBeanName)) {
        Object eleSource = parserContext.extractSource(element);
        // 註冊AnnotationTransactionAttributeSource，這個bean的主要作用是封裝
        // @Transactional註解中聲明的各個屬性
        RootBeanDefinition sourceDef = new RootBeanDefinition(
       "org.springframework.transaction.annotation.AnnotationTransactionAttributeSource");
        sourceDef.setSource(eleSource);
        sourceDef.setRole(BeanDefinition.ROLE_INFRASTRUCTURE);
        String sourceName = parserContext.getReaderContext()
            .registerWithGeneratedName(sourceDef);

        // 註冊TransactionInterceptor類型的bean，並且將上面的封裝屬性的bean設置爲其一個屬性。
        // 這個bean本質上是一個Advice(可查看其繼承結構)，Spring Aop使用Advisor封裝實現切面
        // 邏輯織入所需的所有屬性，但真正的切面邏輯卻是保存在其Advice屬性中的，也就是說這裏的
        // TransactionInterceptor纔是真正封裝了事務切面邏輯的bean
        RootBeanDefinition interceptorDef = 
            new RootBeanDefinition(TransactionInterceptor.class);
        interceptorDef.setSource(eleSource);
        interceptorDef.setRole(BeanDefinition.ROLE_INFRASTRUCTURE);
        registerTransactionManager(element, interceptorDef);
        interceptorDef.getPropertyValues().add("transactionAttributeSource", 
            new RuntimeBeanReference(sourceName));
        String interceptorName = parserContext.getReaderContext()
            .registerWithGeneratedName(interceptorDef);

        // 註冊BeanFactoryTransactionAttributeSourceAdvisor類型的bean，這個bean實現了
        // Advisor接口，實際上就是封裝了當前需要織入的切面的所有所需的屬性
        RootBeanDefinition advisorDef = 
            new RootBeanDefinition(BeanFactoryTransactionAttributeSourceAdvisor.class);
        advisorDef.setSource(eleSource);
        advisorDef.setRole(BeanDefinition.ROLE_INFRASTRUCTURE);
        advisorDef.getPropertyValues().add("transactionAttributeSource", 
            new RuntimeBeanReference(sourceName));
        advisorDef.getPropertyValues().add("adviceBeanName", interceptorName);
        if (element.hasAttribute("order")) {
            advisorDef.getPropertyValues().add("order", element.getAttribute("order"));
        }
        parserContext.getRegistry().registerBeanDefinition(txAdvisorBeanName, advisorDef);

        // 將需要註冊的bean封裝到CompositeComponentDefinition中，並且進行註冊
        CompositeComponentDefinition compositeDef = 
            new CompositeComponentDefinition(element.getTagName(), eleSource);
        compositeDef.addNestedComponent(
            new BeanComponentDefinition(sourceDef, sourceName));
        compositeDef.addNestedComponent(
            new BeanComponentDefinition(interceptorDef, interceptorName));
        compositeDef.addNestedComponent(
            new BeanComponentDefinition(advisorDef, txAdvisorBeanName));
        parserContext.registerComponent(compositeDef);
    }
}

如此，Spring事務相關的標籤即解析完成，這裏主要是聲明瞭一個BeanFactoryTransactionAttributeSourceAdvisor類型的bean到BeanFactory中，其實際爲Advisor類型，這也是Spring事務能夠通過Aop實現事務的根本原因。

3. 實現原理

關於Spring事務的實現原理，這裏需要抓住的就是，其是使用Aop實現的，我們知道，Aop在進行解析的時候，最終會生成一個Adivsor對象，這個Advisor對象中封裝了切面織入所需要的所有信息，其中就包括最重要的兩個部分就是Pointcut和Adivce屬性。這裏Pointcut用於判斷目標bean是否需要織入當前切面邏輯；Advice則封裝了需要織入的切面邏輯。如下是這三個部分的簡要關係圖：

同樣的，對於Spring事務，其既然是使用Spring Aop實現的，那麼也同樣會有這三個成員。我們這裏我們只看到了註冊的Advisor和Advice（即BeanFactoryTransactionAttributeSourceAdvisor和TransactionInterceptor），那麼Pointcut在哪裏呢？這裏我們查看BeanFactoryTransactionAttributeSourceAdvisor的源碼可以發現，其內部聲明瞭一個TransactionAttributeSourcePointcut類型的屬性，並且直接在內部進行了實現，這就是我們需要找的Pointcut。這裏這三個對象對應的關係如下：

這樣，用於實現Spring事務的Advisor，Pointcut以及Advice都已經找到了。關於這三個類的具體作用，我們這裏進行整體的上的講解，後面我們將會深入其內部講解其是如何進行bean的過濾以及事務邏輯的織入的。

BeanFactoryTransactionAttributeSourceAdvisor：封裝了實現事務所需的所有屬性，包括Pointcut，Advice，TransactionManager以及一些其他的在Transactional註解中聲明的屬性；
TransactionAttributeSourcePointcut：用於判斷哪些bean需要織入當前的事務邏輯。這裏可想而知，其判斷的基本邏輯就是判斷其方法或類聲明上有沒有使用@Transactional註解，如果使用了就是需要織入事務邏輯的bean;
TransactionInterceptor：這個bean本質上是一個Advice，其封裝了當前需要織入目標bean的切面邏輯，也就是Spring事務是如果藉助於數據庫事務來實現對目標方法的環繞的。

4. 小結

本文首先通過一個簡單的例子講解了Spring事務是如何使用的，然後講解了Spring事務進行標籤解析的時候做了哪些工作，最後講解了Spring事務是如何與Spring Aop進行一一對應的，並且是如何通過Spring Aop實現將事務邏輯織入目標bean的。

Spring事務用法示例與實現原理

1. 使用示例

2. 標籤解析

3. 實現原理

4. 小結

Spring Aop之Jdk代理實現原理詳解

Spring Mvc之定製RequestMappingHandlerMapping

Spring MVC之DispatcherServlet請求處理詳解

Spring事務用法示例與實現原理

Spring事務實現原理詳解

Mac下配置sublime實現LaTeX

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