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面试官：介绍一下 Spring 事务实现原理

ImportNew · 公众号 · · 2024-03-25 11:30

正文

（给 ImportNew加星标，提高Java技能）

1、引言

Spring 的 spring-tx 模块提供了对事务管理支持，使用 Spring 事务可以让我们从复杂的事务处理中得到解脱，无需要去处理获得连接、关闭连接、事务提交和回滚等这些操作。

Spring 事务有编程式事务和声明式事务两种实现方式。编程式事务是通过编写代码来管理事务的提交、回滚、以及事务的边界。这意味着开发者需要在代码中显式地调用事务的开始、提交和回滚。声明式事务是通过配置来管理事务，您可以使用注解或 XML 配置来定义事务的边界和属性，而无需显式编写事务管理的代码。

下面我们逐步分析 Spring 源代码，理解 Spring 事务的实现原理。

2、编程式事务

2.1 使用示例

// transactionManager是某一个具体的PlatformTransactionManager实现类的对象private PlatformTransactionManager transactionManager;

// 定义事务属性DefaultTransactionDefinition def = new DefaultTransactionDefinition();
// 获取事务TransactionStatus status = transactionManager.getTransaction(def);
try {    // 执行数据库操作    // ...
    // 提交事务    transactionManager.commit(status);} catch (Exception ex) {    // 回滚事务    transactionManager.rollback(status);}

在使用编程式事务处理的过程中，利用 DefaultTransactionDefinition 对象来持有事务处理属性。同时，在创建事务的过程中得到一个 TransactionStatus 对象，然后通过直接调用 transactionManager 对象的 commit() 和 rollback()方法来完成事务处理。

2.2 PlatformTransactionManager 核心接口

PlatformTransactionManager 是 Spring 事务管理的核心接口，通过 PlatformTransactionManager 接口设计了一系列与事务处理息息相关的接口方法，如 getTransaction()、commit()、rollback() 这些和事务处理相关的统一接口。对于这些接口的实现，很大一部分是由 AbstractTransactionManager 抽象类来完成的。

AbstractPlatformManager 封装了 Spring 事务处理中通用的处理部分，比如事务的创建、提交、回滚，事务状态和信息的处理，与线程的绑定等，有了这些通用处理的支持，对于具体的事务管理器而言，它们只需要处理和具体数据源相关的组件设置就可以了，比如在 DataSourceTransactionManager 中，就只需要配置好和 DataSource 事务处理相关的接口以及相关的设置。

2.3 事务的创建

PlatformTransactionManager 的 getTransaction() 方法，封装了底层事务的创建，并生成一个 TransactionStatus 对象。

AbstractPlatformTransactionManager提供了创建事务的模板，这个模板会被具体的事务处理器所使用。从下面的代码中可以看到：AbstractPlatformTransactionManager 会根据事务属性配置和当前进程绑定的事务信息，对事务是否需要创建，怎样创建进行一些通用的处理，然后把事务创建的底层工作交给具体的事务处理器完成，如：DataSourceTransactionManager、HibernateTransactionManager。

public final TransactionStatus getTransaction(@Nullable TransactionDefinition definition)        throws TransactionException {    TransactionDefinition def = (definition != null ? definition : TransactionDefinition.withDefaults());    Object transaction = doGetTransaction();    boolean debugEnabled = logger.isDebugEnabled();    if (isExistingTransaction(transaction)) {        return handleExistingTransaction(def, transaction, debugEnabled);    }    if (def.getTimeout() < TransactionDefinition.TIMEOUT_DEFAULT) {        throw new InvalidTimeoutException("Invalid transaction timeout", def.getTimeout());    }    if (def.getPropagationBehavior() == TransactionDefinition.PROPAGATION_MANDATORY) {        throw new IllegalTransactionStateException(                "No existing transaction found for transaction marked with propagation 'mandatory'");    }    else if (def.getPropagationBehavior() == TransactionDefinition.PROPAGATION_REQUIRED ||            def.getPropagationBehavior() == TransactionDefinition.PROPAGATION_REQUIRES_NEW ||            def.getPropagationBehavior() == TransactionDefinition.PROPAGATION_NESTED) {        SuspendedResourcesHolder suspendedResources = suspend(null);        if (debugEnabled) {            logger.debug("Creating new transaction with name [" + def.getName() + "]: " + def);        }        try {            return startTransaction(def, transaction, false, debugEnabled, suspendedResources);        }        catch (RuntimeException | Error ex) {            resume(null, suspendedResources);            throw ex;        }    }    else {        if (def.getIsolationLevel() != TransactionDefinition.ISOLATION_DEFAULT && logger.isWarnEnabled()) {            logger.warn("Custom isolation level specified but no actual transaction initiated; " +                    "isolation level will effectively be ignored: " + def);        }        boolean newSynchronization = (getTransactionSynchronization() == SYNCHRONIZATION_ALWAYS);        return prepareTransactionStatus(def, null, true, newSynchronization, debugEnabled, null);    }}
private TransactionStatus startTransaction(TransactionDefinition definition, Object transaction, boolean debugEnabled, @Nullable SuspendedResourcesHolder suspendedResources) {    boolean newSynchronization = this.getTransactionSynchronization() != SYNCHRONIZATION_NEVER;    DefaultTransactionStatus status = this.newTransactionStatus(definition, transaction, true, newSynchronization, debugEnabled, suspendedResources);    this.doBegin(transaction, definition);    this.prepareSynchronization(status, definition);    return status;}

事务创建的结果是生成一个 TransactionStatus 对象，通过这个对象来保存事务处理需要的基本信息，TransactionStatus 的创建过程如下：

protected DefaultTransactionStatus newTransactionStatus(TransactionDefinition definition, @Nullable Object transaction, boolean newTransaction, boolean newSynchronization, boolean debug, @Nullable Object suspendedResources) {    boolean actualNewSynchronization = newSynchronization && !TransactionSynchronizationManager.isSynchronizationActive();    return new DefaultTransactionStatus(transaction, newTransaction, actualNewSynchronization, definition.isReadOnly(), debug, suspendedResources);}

以上是创建一个全新事务的过程，还有另一种情况是：在创建当前事务时，线程中已经有事务存在了。这种情况会涉及事务传播行为的处理。spring中七种事务传播行为如下：

如果检测到已存在事务，handleExistingTransaction() 方法将根据不同的事务传播行为类型执行相应逻辑。

PROPAGATION_NEVER

即当前方法需要在非事务的环境下执行，如果有事务存在，那么抛出异常。

if (definition.getPropagationBehavior() == TransactionDefinition.PROPAGATION_NEVER) {    throw new IllegalTransactionStateException(            "Existing transaction found for transaction marked with propagation 'never'");}

PROPAGATION_NOT_SUPPORTED

与前者的区别在于，如果有事务存在，那么将事务挂起，而不是抛出异常。

if (definition.getPropagationBehavior() == TransactionDefinition.PROPAGATION_NOT_SUPPORTED) {    Object suspendedResources = suspend(transaction);    boolean newSynchronization = (getTransactionSynchronization() == SYNCHRONIZATION_ALWAYS);    return prepareTransactionStatus(        definition, null, false, newSynchronization, debugEnabled, suspendedResources);}

PROPAGATION_REQUIRES_NEW

新建事务，如果当前存在事务，把当前事务挂起。

if (definition.getPropagationBehavior() == TransactionDefinition.PROPAGATION_REQUIRES_NEW) {    SuspendedResourcesHolder suspendedResources = suspend(transaction);    boolean newSynchronization = (getTransactionSynchronization() != SYNCHRONIZATION_NEVER);    DefaultTransactionStatus status = newTransactionStatus(            definition, transaction, true, newSynchronization, debugEnabled, suspendedResources);    doBegin(transaction, definition);    prepareSynchronization(status, definition);    return status;}

PROPAGATION_NESTED

开始一个 "嵌套的" 事务, 它是已经存在事务的一个真正的子事务. 嵌套事务开始执行时, 它将取得一个 savepoint. 如果这个嵌套事务失败, 我们将回滚到此 savepoint. 嵌套事务是外部事务的一部分, 只有外部事务结束后它才会被提交。

if (definition.getPropagationBehavior() == TransactionDefinition.PROPAGATION_NESTED) {    if (useSavepointForNestedTransaction()) {        DefaultTransactionStatus status = newTransactionStatus(                definition, transaction, false, false, true, debugEnabled, null);        this.transactionExecutionListeners.forEach(listener -> listener.beforeBegin(status));        try {            status.createAndHoldSavepoint();        }        catch (RuntimeException | Error ex) {            this.transactionExecutionListeners.forEach(listener -> listener.afterBegin(status, ex));            throw ex;        }        this.transactionExecutionListeners.forEach(listener -> listener.afterBegin(status, null));        return status;    }    else {        return startTransaction(definition, transaction, true, debugEnabled, null);    }}

2.4 事务挂起

事务挂起在 AbstractTransactionManager.suspend() 中处理，该方法内部将调用具体事务管理器的 doSuspend() 方法。以 DataSourceTransactionManager 为例，将 ConnectionHolder 设为 null，因为一个 ConnectionHolder 对象就代表了一个数据库连接，将 ConnectionHolder 设为 null 就意味着我们下次要使用连接时，将重新从连接池获取。

protected Object doSuspend(Object transaction) {    DataSourceTransactionObject txObject = (DataSourceTransactionObject) transaction;    txObject.setConnectionHolder(null);    return TransactionSynchronizationManager.unbindResource(obtainDataSource());}

unbindResource()方法最终会调用TransactionSynchronizationManager.doUnbindResource()方法，该方法将移除当前线程与事务对象的绑定。

private static Object doUnbindResource(Object actualKey) {    Map    if (map == null) {        return null;    }    Object value = map.remove(actualKey);    if (map.isEmpty()) {        resources.remove();    }    if (value instanceof ResourceHolder resourceHolder && resourceHolder.isVoid()) {        value = null;    }    return value;}

而被挂起的事务的各种状态最终会保存在 TransactionStatus 对象中。

2.5 事务提交 & 回滚

主要是对 JDBC 的封装、源码逻辑较清晰，不展开细说。

3、声明式事务

其底层建立在 AOP 的基础之上，对方法前后进行拦截，然后在目标方法开始之前创建或者加入一个事务，在执行完目标方法之后根据执行情况提交或者回滚事务。通过声明式事物，无需在业务逻辑代码中掺杂事务管理的代码，只需在配置文件中做相关的事务规则声明（或通过等价的基于标注的方式），便可以将事务规则应用到业务逻辑中。

3.1 使用示例

配置：

<bean id="dataSource" class="com.zaxxer.hikari.HikariDataSource">    <property name="driverClassName" value="${jdbc.driverClassName}" />    <property name="url" value="${jdbc.url}" />    <property name="username" value="${jdbc.username}" />




    
    <property name="password" value="${jdbc.password}" />bean><bean id="transactionManager" class="org.springframework.jdbc.datasource.DataSourceTransactionManager">    <property name="dataSource" ref="dataSource"/>bean><tx:annotation-driven transaction-manager="transactionManager"/>

代码：

@Transactionalpublic void addOrder() {    // 执行数据库操作}

3.2 自定义标签解析

先从配置文件开始入手，找到处理 annotation-driven 标签的类 TxNamespaceHandler。TxNamespaceHandler 实现了 NamespaceHandler 接口，定义了如何解析和处理自定义 XML 标签。

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

AnnotationDrivenBeanDefinitionParser 里的 parse() 方法，对 XML 标签 annotation-driven 进行解析。

@Overridepublic BeanDefinition parse(Element element, ParserContext parserContext) {    registerTransactionalEventListenerFactory(parserContext);    String mode = element.getAttribute("mode");    if ("aspectj".equals(mode)) {        // mode="aspectj"        registerTransactionAspect(element, parserContext);        if (ClassUtils.isPresent("jakarta.transaction.Transactional", getClass().getClassLoader())) {            registerJtaTransactionAspect(element, parserContext);        }    }    else {        // mode="proxy"        AopAutoProxyConfigurer.configureAutoProxyCreator(element, parserContext);    }    return null;}

以默认mode配置为例，执行configureAutoProxyCreator()方法，将在Spring容器中注册了3个bean：

BeanFactoryTransactionAttributeSourceAdvisor、TransactionInterceptor、AnnotationTransactionAttributeSource。同时会将TransactionInterceptor的BeanName传入到 Advisor 中，然后将 AnnotationTransactionAttributeSource 这个 Bean 注入到 Advisor 中。之后动态代理的时候会使用这个 Advisor 去寻找每个 Bean 是否需要动态代理。

// Create the TransactionAttributeSourceAdvisor definition.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);
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);

3.3 Advisor

回顾 AOP 用法，Advisor 可用于定义一个切面，它包含切点（Pointcut）和通知（Advice），用于在特定的连接点上执行特定的操作。Spring 事务实现了一个Advisor: BeanFactoryTransactionAttributeSourceAdvisor。

public class BeanFactoryTransactionAttributeSourceAdvisor extends AbstractBeanFactoryPointcutAdvisor {
    private final TransactionAttributeSourcePointcut pointcut = new TransactionAttributeSourcePointcut();
    public void setTransactionAttributeSource(TransactionAttributeSource transactionAttributeSource) {        this.pointcut.setTransactionAttributeSource(transactionAttributeSource);    }
    public void setClassFilter(ClassFilter classFilter) {        this.pointcut.setClassFilter(classFilter);    }
    @Override    public Pointcut getPointcut() {        return this.pointcut;    }}

BeanFactoryTransactionAttributeSourceAdvisor 其实是一个 PointcutAdvisor，是否匹配到切入点取决于 Pointcut。Pointcut 的核心在于其 ClassFilter 和 MethodMatcher。

ClassFilter：

TransactionAttributeSourcePointcut 内部私有类 TransactionAttributeSourceClassFilter，实现了 Spring 框架中的 ClassFilter 接口。在 matches 方法中，它首先检查传入的类 clazz 否为 TransactionalProxy、TransactionManager 或 PersistenceExceptionTranslator 的子类，如果不是，则获取当前的 TransactionAttributeSource 并检查其是否允许该类作为候选类。

private class TransactionAttributeSourceClassFilter implements ClassFilter {    @Override    public boolean matches(Class> clazz) {        if (TransactionalProxy.class.isAssignableFrom(clazz) ||                TransactionManager.class.isAssignableFrom(clazz) ||                PersistenceExceptionTranslator.class.isAssignableFrom(clazz)) {            return false;        }        return (transactionAttributeSource == null || transactionAttributeSource.isCandidateClass(clazz));    }}

MethodMatcher：

TransactionAttributeSourcePointcut.matches：

@Overridepublic boolean matches(Method method, Class> targetClass) {    return (this.transactionAttributeSource == null ||            this.transactionAttributeSource.getTransactionAttribute(method, targetClass) != null);}

getTransactionAttribute()方法最终会调用至 AbstractFallbackTransactionAttributeSource.computeTransactionAttribute() 方法，该方法将先去方法上查找是否有相应的事务注解(比如 @Transactional)，如果没有，那么再去类上查找。