Spring事务用法示例与实现原理

关于事务，简单来说，就是为了保证数据完整性而存在的一种工具，其主要有四大特性：原子性，一致性，隔离性和持久性。对于Spring事务，其最终还是在数据库层面实现的，而Spring只是以一种比较优雅的方式对其进行封装支持。本文首先会通过一个简单的示例来讲解Spring事务是如何使用的，然后会讲解Spring是如何解析xml中的标签，并对事务进行支持的。

1. 使用示例

       关于事务最简单的示例，就是其一致性，比如在整个事务执行过程中，如果任何一个位置报错了，那么都会导致事务回滚，回滚之后数据的状态将和事务执行之前完全一致。这里我们以用户数据为例，在插入用户数据的时候，如果程序报错了，那么插入的动作就会回滚。如下是用户的实体：

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

       如下是模拟插入用户数据的业务代码：

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());
  }
}

       在进行事务支持时，Spring只需要使用者在需要事务支持的bean上使用@Transactional注解即可，如果需要修改事务的隔离级别和传播特性的属性，则使用该注解中的属性进行指定。这里默认的隔离级别与各个数据库一致，比如MySQL是Repeatable Read，而传播特性默认则为Propagation.REQUIRED，即只需要当前操作具有事务即可。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/>

       上述数据库配置用户按照各自的设置进行配置即可。可以看到，这里对于数据库的配置，主要包括四个方面：

• DataSource配置：设置当前应用所需要连接的数据库，包括链接，用户名，密码等；
• JdbcTemplate声明：封装了客户端调用数据库的方式，用户可以使用其他的方式，比如JpaRepository，Mybatis等等；
• TransactionManager配置：指定了事务的管理方式，这里使用的是DataSourceTransactionManager，对于不同的链接方式，也可以进行不同的配置，比如对于JpaRepository使用JpaTransactionManager，对于Hibernate，使用HibernateTransactionManager；
• tx:annotation-driven：主要用于事务驱动，其会通过AOP的方式声明一个为事务支持的Advisor，通过该Advisor和事务的相关配置进行事务相关操作。

       按照上述配置，我们的事务功能即配置完成，如下是我们的驱动类程序：

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;
  }
}

       运行上述程序之后，可以看到数据库中成功新增了一条数据。这里如果我们将业务代码的插入语句之后手动抛出一个异常，那么，理论上插入语句是会回滚的。如下是修改后的service代码：

@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();
  }
}

       这里我们手动抛出了一个RuntimeException，再次运行上述程序之后我们发现数据库中是没有新增的数据的，这说明我们的事务在程序出错后是能够保证数据一致性的。

2. 标签解析

       关于事务的实现原理，我们首先讲解Spring是如何解析标签，并且封装相关bean的，后面我们会深入讲解Spring是如何封装数据库事务的。

       根据上面的示例，我们发现，其主要有三个部分：DataSource，TransactionManager和tx:annotation-driven标签。这里前面两个部分主要是声明了两个bean，分别用于数据库连接的管理和事务的管理，而tx:annotation-driven才是Spring事务的驱动。根据本人前面对Spring自定义标签的讲解（Spring自定义标签解析与实现），可以知道，这里tx:annotation-driven是一个自定义标签，我们根据其命名空间（www.springframework.org/schema/tx）在全局范围内搜索，可以找到其处理器指定文件spring.handlers，该文件内容如下：

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

       这里也就是说tx:annotation-driven标签的解析在TxNamespaceHandler中，我们继续打开该文件可以看到起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，这里的annotation-driven是在AnnotationDrivenBeanDefinitionParser中进行处理的，其parse()方法就是解析标签，并且注册相关bean的方法，如下是该方法的实现：

public BeanDefinition parse(Element element, ParserContext parserContext) {
    // 注册事务相关的监听器，如果某个方法标注了TransactionalEventListener注解，
    // 那么该方法就是一个事务事件触发方法，即发生某种事务事件后，将会根据该注解的设置，回调指定
    // 类型的方法。常见的事务事件有：事务执行前和事务完成(包括报错后的完成)后的事件。
    registerTransactionalEventListenerFactory(parserContext);
    String mode = element.getAttribute("mode");
    // 获取当前事务驱动程序的模式，如果使用了aspectj模式，则会注册一个AnnotationTransactionAspect
    // 类型的bean，用户可以以aspectj的方式使用该bean对事务进行更多的配置
    if ("aspectj".equals(mode)) {
        registerTransactionAspect(element, parserContext);
    } else {
        // 一般使用的是当前这种方式，这种方式将会在Spring中注册三个bean，分别是
        // AnnotationTransactionAttributeSource，TransactionInterceptor
        // 和BeanFactoryTransactionAttributeSourceAdvisor，并通过Aop的方式实现事务
        AopAutoProxyConfigurer.configureAutoProxyCreator(element, parserContext);
    }
    return null;
}

       可以看到，对于事务的驱动，这里主要做了两件事：①注册事务相关的事件触发器，这些触发器由用户自行提供，在事务进行提交或事务完成时会触发相应的方法；②判断当前事务驱动的模式，有默认模式和aspectj模式，对于aspectj模式，Spring会注册一个AnnotationTransactionAspect类型的bean，用于用户使用更亲近于aspectj的方式进行事务处理；对于默认模式，这里主要是声明了三个bean，最终通过Aop的方式进行事务切入。下面我们看一下Spring是如何注册这三个bean的，如下是AopAutoProxyConfigurer.configureAutoProxyCreator的源码：

public static void configureAutoProxyCreator(Element element, 
        ParserContext parserContext) {
    // 这个方法主要是在当前BeanFactory中注册InfrastructureAdvisorAutoProxyCreator这个
    // bean，这个bean继承了AbstractAdvisorAutoProxyCreator，也就是其实现原理与我们前面
    // 讲解的Spring Aop的实现原理几乎一致
    AopNamespaceUtils.registerAutoProxyCreatorIfNecessary(parserContext, element);

    // 这里的txAdvisorBeanName就是我们最终要注册的bean，其类型就是下面注册的
    // BeanFactoryTransactionAttributeSourceAdvisor，可以看到，其本质是一个
    // Advisor类型的对象，因而Spring Aop会将其作为一个切面织入到指定的bean中
    String txAdvisorBeanName = TransactionManagementConfigUtils
        .TRANSACTION_ADVISOR_BEAN_NAME;
    // 如果当前BeanFactory中已经存在了目标bean，则不进行注册
    if (!parserContext.getRegistry().containsBeanDefinition(txAdvisorBeanName)) {
        Object eleSource = parserContext.extractSource(element);
        // 注册AnnotationTransactionAttributeSource，这个bean的主要作用是封装
        // @Transactional注解中声明的各个属性
        RootBeanDefinition sourceDef = new RootBeanDefinition(
       "org.springframework.transaction.annotation.AnnotationTransactionAttributeSource");
        sourceDef.setSource(eleSource);
        sourceDef.setRole(BeanDefinition.ROLE_INFRASTRUCTURE);
        String sourceName = parserContext.getReaderContext()
            .registerWithGeneratedName(sourceDef);

        // 注册TransactionInterceptor类型的bean，并且将上面的封装属性的bean设置为其一个属性。
        // 这个bean本质上是一个Advice(可查看其继承结构)，Spring Aop使用Advisor封装实现切面
        // 逻辑织入所需的所有属性，但真正的切面逻辑却是保存在其Advice属性中的，也就是说这里的
        // TransactionInterceptor才是真正封装了事务切面逻辑的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);

        // 注册BeanFactoryTransactionAttributeSourceAdvisor类型的bean，这个bean实现了
        // Advisor接口，实际上就是封装了当前需要织入的切面的所有所需的属性
        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);

        // 将需要注册的bean封装到CompositeComponentDefinition中，并且进行注册
        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事务相关的标签即解析完成，这里主要是声明了一个BeanFactoryTransactionAttributeSourceAdvisor类型的bean到BeanFactory中，其实际为Advisor类型，这也是Spring事务能够通过Aop实现事务的根本原因。

3. 实现原理

       关于Spring事务的实现原理，这里需要抓住的就是，其是使用Aop实现的，我们知道，Aop在进行解析的时候，最终会生成一个Adivsor对象，这个Advisor对象中封装了切面织入所需要的所有信息，其中就包括最重要的两个部分就是Pointcut和Adivce属性。这里Pointcut用于判断目标bean是否需要织入当前切面逻辑；Advice则封装了需要织入的切面逻辑。如下是这三个部分的简要关系图：

       同样的，对于Spring事务，其既然是使用Spring Aop实现的，那么也同样会有这三个成员。我们这里我们只看到了注册的Advisor和Advice（即BeanFactoryTransactionAttributeSourceAdvisor和TransactionInterceptor），那么Pointcut在哪里呢？这里我们查看BeanFactoryTransactionAttributeSourceAdvisor的源码可以发现，其内部声明了一个TransactionAttributeSourcePointcut类型的属性，并且直接在内部进行了实现，这就是我们需要找的Pointcut。这里这三个对象对应的关系如下：

       这样，用于实现Spring事务的Advisor，Pointcut以及Advice都已经找到了。关于这三个类的具体作用，我们这里进行整体的上的讲解，后面我们将会深入其内部讲解其是如何进行bean的过滤以及事务逻辑的织入的。

• BeanFactoryTransactionAttributeSourceAdvisor：封装了实现事务所需的所有属性，包括Pointcut，Advice，TransactionManager以及一些其他的在Transactional注解中声明的属性；
• TransactionAttributeSourcePointcut：用于判断哪些bean需要织入当前的事务逻辑。这里可想而知，其判断的基本逻辑就是判断其方法或类声明上有没有使用@Transactional注解，如果使用了就是需要织入事务逻辑的bean;
• TransactionInterceptor：这个bean本质上是一个Advice，其封装了当前需要织入目标bean的切面逻辑，也就是Spring事务是如果借助于数据库事务来实现对目标方法的环绕的。

4. 小结

       本文首先通过一个简单的例子讲解了Spring事务是如何使用的，然后讲解了Spring事务进行标签解析的时候做了哪些工作，最后讲解了Spring事务是如何与Spring Aop进行一一对应的，并且是如何通过Spring Aop实现将事务逻辑织入目标bean的。

本文来自云栖社区合作伙伴“开源中国”

本文作者：王练

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