Spring 事务管理详解：保障数据一致性的实践指南

原创 于 2025-09-20 16:48:51 发布 · 853 阅读 · 17 ·
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#spring #数据库 #oracle

一、事务概述：什么是事务及其 ACID 特性

在数据库操作中，事务（Transaction）是一组不可分割的操作单元，这些操作要么全部成功执行，要么全部失败回滚，从而保证数据的一致性。

事务的核心特性可以用 ACID 来概括：

  • 原子性（Atomicity）：事务中的所有操作要么全部完成，要么全部不完成，不会处于中间状态
  • 一致性（Consistency）：事务执行前后，数据库从一个一致状态转变为另一个一致状态
  • 隔离性（Isolation）：多个事务并发执行时，彼此之间不会相互干扰
  • 持久性（Durability）：事务一旦提交，其修改会永久保存到数据库中

在企业级应用中，事务管理至关重要。例如：

  • 转账操作：扣除转出账户金额和增加转入账户金额必须同时成功或同时失败
  • 订单创建：创建订单和扣减库存必须作为一个整体操作
  • 数据同步：多个表的更新必须保持一致

Spring 提供了强大的事务管理支持，简化了传统 JDBC 或 EJB 事务管理的复杂性，本文将深入探讨 Spring 事务管理的实现方式和最佳实践。

二、Spring 事务管理的两种方式：编程式与声明式

Spring 支持两种事务管理方式：编程式事务管理和声明式事务管理。

2.1 编程式事务管理

编程式事务管理通过编写代码手动控制事务的开始、提交和回滚，灵活性高但侵入性强。

2.1.1 使用 TransactionTemplate

java

运行

@Service
public class OrderService {
    @Autowired
    private JdbcTemplate jdbcTemplate;
    
    @Autowired
    private TransactionTemplate transactionTemplate;
    
    public void createOrder(Order order) {
        // 使用TransactionTemplate执行事务
        transactionTemplate.execute(new TransactionCallbackWithoutResult() {
            @Override
            protected void doInTransactionWithoutResult(TransactionStatus status) {
                try {
                    // 插入订单
                    jdbcTemplate.update(
                        "INSERT INTO orders(id, user_id, amount) VALUES(?, ?, ?)",
                        order.getId(), order.getUserId(), order.getAmount()
                    );
                    
                    // 扣减库存
                    jdbcTemplate.update(
                        "UPDATE products SET stock = stock - ? WHERE id = ?",
                        order.getProductId(), order.getQuantity()
                    );
                    
                    // 如果有异常会自动回滚
                } catch (Exception e) {
                    // 手动标记回滚（可选，异常会触发自动回滚）
                    status.setRollbackOnly();
                    throw new RuntimeException("创建订单失败", e);
                }
            }
        });
    }
}
2.1.2 直接使用 PlatformTransactionManager

java

运行

@Service
public class PaymentService {
    @Autowired
    private JdbcTemplate jdbcTemplate;
    
    @Autowired
    private PlatformTransactionManager transactionManager;
    
    public void processPayment(Payment payment) {
        // 定义事务属性
        DefaultTransactionDefinition def = new DefaultTransactionDefinition();
        def.setPropagationBehavior(TransactionDefinition.PROPAGATION_REQUIRED);
        
        // 获取事务状态
        TransactionStatus status = transactionManager.getTransaction(def);
        
        try {
            // 执行数据库操作
            jdbcTemplate.update(
                "INSERT INTO payments(id, order_id, amount) VALUES(?, ?, ?)",
                payment.getId(), payment.getOrderId(), payment.getAmount()
            );
            
            jdbcTemplate.update(
                "UPDATE orders SET status = 'PAID' WHERE id = ?",
                payment.getOrderId()
            );
            
            // 提交事务
            transactionManager.commit(status);
        } catch (Exception e) {
            // 回滚事务
            transactionManager.rollback(status);
            throw new RuntimeException("处理支付失败", e);
        }
    }
}

2.2 声明式事务管理

声明式事务管理通过注解或 XML 配置来管理事务，无需修改业务代码，是非侵入式的，是 Spring 推荐的事务管理方式。

2.2.1 基于注解的声明式事务

启用事务注解支持：

java

运行

@Configuration
@EnableTransactionManagement // 启用注解式事务管理
public class AppConfig {
    // 配置数据源
    @Bean
    public DataSource dataSource() {
        DriverManagerDataSource dataSource = new DriverManagerDataSource();
        dataSource.setDriverClassName("com.mysql.cj.jdbc.Driver");
        dataSource.setUrl("jdbc:mysql://localhost:3306/test");
        dataSource.setUsername("root");
        dataSource.setPassword("root");
        return dataSource;
    }
    
    // 配置事务管理器
    @Bean
    public PlatformTransactionManager transactionManager(DataSource dataSource) {
        return new DataSourceTransactionManager(dataSource);
    }
}

在服务方法上使用 @Transactional 注解：

java

运行

@Service
public class OrderService {
    @Autowired
    private OrderDao orderDao;
    
    @Autowired
    private ProductDao productDao;
    
    // 声明式事务
    @Transactional(rollbackFor = Exception.class)
    public void createOrder(Order order) {
        // 插入订单
        orderDao.insert(order);
        
        // 扣减库存
        int rows = productDao.decreaseStock(order.getProductId(), order.getQuantity());
        
        // 检查库存是否充足
        if (rows == 0) {
            throw new InsufficientStockException("库存不足");
        }
    }
}
2.2.2 基于 XML 的声明式事务

xml

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<beans xmlns="http://www.springframework.org/schema/beans"
       xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
       xmlns:tx="http://www.springframework.org/schema/tx"
       xsi:schemaLocation="
           http://www.springframework.org/schema/beans
           http://www.springframework.org/schema/beans/spring-beans.xsd
           http://www.springframework.org/schema/tx
           http://www.springframework.org/schema/tx/spring-tx.xsd">

    <!-- 数据源 -->
    <bean id="dataSource" class="org.springframework.jdbc.datasource.DriverManagerDataSource">
        <property name="driverClassName" value="com.mysql.cj.jdbc.Driver"/>
        <property name="url" value="jdbc:mysql://localhost:3306/test"/>
        <property name="username" value="root"/>
        <property name="password" value="root"/>
    </bean>
    
    <!-- 事务管理器 -->
    <bean id="transactionManager" 
          class="org.springframework.jdbc.datasource.DataSourceTransactionManager">
        <property name="dataSource" ref="dataSource"/>
    </bean>
    
    <!-- 事务通知 -->
    <tx:advice id="txAdvice" transaction-manager="transactionManager">
        <tx:attributes>
            <!-- 匹配所有以create、update、delete开头的方法 -->
            <tx:method name="create*" propagation="REQUIRED" rollback-for="Exception"/>
            <tx:method name="update*" propagation="REQUIRED" rollback-for="Exception"/>
            <tx:method name="delete*" propagation="REQUIRED" rollback-for="Exception"/>
            <!-- 查询方法使用只读事务 -->
            <tx:method name="get*" propagation="SUPPORTS" read-only="true"/>
            <tx:method name="find*" propagation="SUPPORTS" read-only="true"/>
        </tx:attributes>
    </tx:advice>
    
    <!-- AOP配置，将事务通知应用到服务层 -->
    <aop:config>
        <aop:pointcut id="serviceMethods" expression="execution(* com.example.service.*.*(..))"/>
        <aop:advisor advice-ref="txAdvice" pointcut-ref="serviceMethods"/>
    </aop:config>
</beans>

2.3 两种方式的对比

事务管理方式优点缺点适用场景
编程式灵活性高，可精确控制事务侵入性强，代码冗余复杂的事务控制场景
声明式非侵入式，配置简单，易维护灵活性稍差大多数常规业务场景

最佳实践：优先使用声明式事务管理，仅在必要时使用编程式事务管理。

三、事务属性详解：传播行为、隔离级别与超时设置

Spring 事务提供了丰富的属性配置，允许开发者根据业务需求定制事务行为。

3.1 事务传播行为

事务传播行为定义了当一个事务方法调用另一个事务方法时，事务如何传播。Spring 定义了 7 种传播行为：

  1. REQUIRED（默认）：如果当前存在事务，则加入该事务；如果不存在，则创建新事务
  2. SUPPORTS：如果当前存在事务，则加入该事务；如果不存在，则以非事务方式执行
  3. MANDATORY：如果当前存在事务，则加入该事务；如果不存在，则抛出异常
  4. REQUIRES_NEW：创建新事务，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，则将当前事务挂起
  6. NEVER：以非事务方式执行，如果当前存在事务，则抛出异常
  7. NESTED：如果当前存在事务，则在嵌套事务中执行；如果不存在，则创建新事务

传播行为示例：

java

运行

@Service
public class OrderService {
    @Autowired
    private PaymentService paymentService;
    
    @Transactional(propagation = Propagation.REQUIRED)
    public void createOrder(Order order) {
        // 保存订单（在当前事务中）
        saveOrder(order);
        
        // 调用支付服务
        // REQUIRES_NEW会创建新事务，与当前事务独立
        paymentService.processPayment(order.getId(), order.getAmount());
    }
}

@Service
public class PaymentService {
    @Transactional(propagation = Propagation.REQUIRES_NEW)
    public void processPayment(Long orderId, BigDecimal amount) {
        // 处理支付（在新事务中）
    }
}

3.2 事务隔离级别

事务隔离级别定义了多个并发事务之间的隔离程度，解决并发带来的脏读、不可重复读和幻读问题。

Spring 支持 5 种隔离级别：

  1. DEFAULT（默认）：使用数据库默认的隔离级别
  2. READ_UNCOMMITTED：最低隔离级别，允许读取未提交的数据，可能导致脏读、不可重复读和幻读
  3. READ_COMMITTED：允许读取已提交的数据，防止脏读，但可能出现不可重复读和幻读
  4. REPEATABLE_READ：保证多次读取同一数据结果一致，防止脏读和不可重复读，但可能出现幻读
  5. SERIALIZABLE：最高隔离级别，完全隔离事务，防止所有并发问题，但性能最差

隔离级别示例：

java

运行

@Service
public class InventoryService {
    // 使用READ_COMMITTED隔离级别
    @Transactional(isolation = Isolation.READ_COMMITTED)
    public int checkStock(Long productId) {
        // 检查库存
        return jdbcTemplate.queryForObject(
            "SELECT stock FROM products WHERE id = ?",
            Integer.class,
            productId
        );
    }
}

不同数据库的默认隔离级别：

  • MySQL：REPEATABLE_READ
  • Oracle：READ_COMMITTED
  • SQL Server：READ_COMMITTED

3.3 其他事务属性

  1. 只读（readOnly）：

    • 设置为true表示事务只读，可提高查询性能
    • 适用于只执行查询操作的方法

    java

    运行

    @Transactional(readOnly = true)
public List<Order> getUserOrders(Long userId) {
    // 只查询，不修改数据
    return orderDao.findByUserId(userId);
}

  2. 超时时间（timeout）：

    • 事务超时时间（秒），超过时间未完成则自动回滚
    • 防止长事务占用资源

    java

    运行

    @Transactional(timeout = 30) // 30秒超时
public void batchProcess() {
    // 执行批量处理
}

  3. 回滚规则（rollbackFor/noRollbackFor）：

    • 指定哪些异常会触发回滚或不触发回滚
    • 默认情况下，RuntimeException 和 Error 会触发回滚，checked 异常不会

    java

    运行

    // 所有Exception及其子类都会触发回滚
@Transactional(rollbackFor = Exception.class)
public void processOrder() {
    // 业务逻辑
}

// 除了BusinessException外的异常会触发回滚
@Transactional(noRollbackFor = BusinessException.class)
public void updateStatus() {
    // 业务逻辑
}

四、Spring 事务的实现原理：AOP 与动态代理

Spring 事务管理基于 AOP 实现，通过动态代理为目标方法添加事务控制逻辑。其核心流程如下：

  1. 代理对象创建：Spring 为带有@Transactional注解的 Bean 创建代理对象
  2. 事务拦截：当调用代理对象的方法时，AOP 拦截器介入
  3. 事务创建：根据事务属性（传播行为、隔离级别等）创建或加入事务
  4. 方法执行：调用目标方法的业务逻辑
  5. 事务处理：
    • 如果方法正常执行，根据事务属性提交事务
    • 如果方法抛出异常，根据回滚规则决定是否回滚事务

4.1 事务拦截器的工作流程

Spring 事务的核心拦截器是TransactionInterceptor，其工作流程如下：

plaintext

调用方法 → TransactionInterceptor.invoke() → 
  1. 获取事务属性 → 
  2. 确定事务管理器 → 
  3. 根据传播行为处理事务 → 
  4. 调用目标方法 → 
  5. 根据执行结果提交或回滚 → 
返回结果

4.2 自调用问题及解决方案

Spring 事务基于动态代理实现，因此存在 "自调用" 问题：当一个事务方法调用同一个类中的另一个事务方法时，事务注解不会生效。

问题示例：

java

运行

@Service
public class OrderService {
    @Transactional
    public void createOrder(Order order) {
        // 保存订单
        saveOrder(order);
        
        // 自调用，updateOrderStatus的事务注解不会生效
        updateOrderStatus(order.getId(), "PENDING");
    }
    
    @Transactional(propagation = Propagation.REQUIRES_NEW)
    public void updateOrderStatus(Long orderId, String status) {
        // 更新订单状态
    }
}

解决方案：

  1. 注入自身 Bean：

java

运行

@Service
public class OrderService {
    // 注入自身代理对象
    @Autowired
    private OrderService self;
    
    @Transactional
    public void createOrder(Order order) {
        saveOrder(order);
        // 通过代理对象调用，事务生效
        self.updateOrderStatus(order.getId(), "PENDING");
    }
    
    @Transactional(propagation = Propagation.REQUIRES_NEW)
    public void updateOrderStatus(Long orderId, String status) {
        // 更新订单状态
    }
}
  1. 使用 AopContext 获取当前代理：

java

运行

@Service
public class OrderService {
    @Transactional
    public void createOrder(Order order) {
        saveOrder(order);
        // 获取当前代理对象
        OrderService proxy = (OrderService) AopContext.currentProxy();
        proxy.updateOrderStatus(order.getId(), "PENDING");
    }
    
    @Transactional(propagation = Propagation.REQUIRES_NEW)
    public void updateOrderStatus(Long orderId, String status) {
        // 更新订单状态
    }
}

// 需要在配置类中启用暴露代理
@EnableAspectJAutoProxy(exposeProxy = true)
  1. 重构代码：将方法拆分到不同的类中

五、事务实战：常见场景与解决方案

5.1 批量操作事务管理

处理大量数据时，需要控制事务粒度，避免长事务：

java

运行

@Service
public class BatchService {
    @Autowired
    private UserDao userDao;
    
    @Autowired
    private PlatformTransactionManager transactionManager;
    
    public void batchImport(List<User> users, int batchSize) {
        // 分批次处理
        for (int i = 0; i < users.size(); i += batchSize) {
            int end = Math.min(i + batchSize, users.size());
            List<User> batch = users.subList(i, end);
            
            // 每批数据使用独立事务
            DefaultTransactionDefinition def = new DefaultTransactionDefinition();
            TransactionStatus status = transactionManager.getTransaction(def);
            
            try {
                userDao.batchInsert(batch);
                transactionManager.commit(status);
                System.out.println("成功导入第" + (i/batchSize + 1) + "批数据");
            } catch (Exception e) {
                transactionManager.rollback(status);
                System.err.println("第" + (i/batchSize + 1) + "批数据导入失败：" + e.getMessage());
                // 可以选择继续处理下一批或终止
            }
        }
    }
}

5.2 分布式事务处理

在分布式系统中，跨多个数据库的事务需要特殊处理。Spring 提供了JtaTransactionManager支持分布式事务：

java

运行

@Configuration
@EnableTransactionManagement
public class JtaConfig {
    @Bean
    public JtaTransactionManager transactionManager() {
        return new JtaTransactionManager();
    }
}

@Service
public class DistributedService {
    @Autowired
    private OrderDao orderDao;
    
    @Autowired
    private InventoryDao inventoryDao;
    
    // 分布式事务
    @Transactional
    public void processCrossDbOperation(Order order) {
        // 操作数据库1
        orderDao.insert(order);
        
        // 操作数据库2
        inventoryDao.decreaseStock(order.getProductId(), order.getQuantity());
    }
}

对于复杂的分布式事务，可考虑使用：

  • Seata：阿里开源的分布式事务解决方案
  • Hmily：基于 TCC 模式的分布式事务框架
  • Saga 模式：长事务解决方案

5.3 事务与缓存的协同

事务与缓存结合时，需要确保数据一致性：

java

运行

@Service
public class ProductService {
    @Autowired
    private ProductDao productDao;
    
    @Autowired
    private RedisTemplate<String, Product> redisTemplate;
    
    // 查询方法使用缓存
    @Transactional(readOnly = true)
    public Product getProduct(Long id) {
        String key = "product:" + id;
        // 先查缓存
        Product product = redisTemplate.opsForValue().get(key);
        if (product != null) {
            return product;
        }
        
        // 缓存未命中，查数据库
        product = productDao.findById(id);
        if (product != null) {
            // 放入缓存
            redisTemplate.opsForValue().set(key, product, 30, TimeUnit.MINUTES);
        }
        return product;
    }
    
    // 更新方法更新数据库并清除缓存
    @Transactional
    public void updateProduct(Product product) {
        productDao.update(product);
        // 清除缓存
        redisTemplate.delete("product:" + product.getId());
    }
}

5.4 事务与异步方法

异步方法默认不会参与当前事务，需要特殊处理：

java

运行

@Service
public class OrderService {
    @Autowired
    private OrderDao orderDao;
    
    @Autowired
    private AsyncService asyncService;
    
    @Transactional
    public void createOrder(Order order) {
        // 保存订单
        orderDao.insert(order);
        
        // 同步获取订单ID（已生成）
        Long orderId = order.getId();
        
        // 调用异步方法，传递订单ID
        asyncService.sendOrderNotification(orderId);
    }
}

@Service
public class AsyncService {
    @Autowired
    private NotificationDao notificationDao;
    
    @Async
    public void sendOrderNotification(Long orderId) {
        // 使用新的事务处理异步操作
        saveNotification(orderId);
    }
    
    @Transactional
    public void saveNotification(Long orderId) {
        notificationDao.insert(new Notification(orderId, "订单创建成功"));
    }
}

六、事务常见问题与解决方案

6.1 事务不回滚的常见原因

  1. 异常被捕获但未重新抛出：

java

运行

@Transactional
public void createOrder(Order order) {
    try {
        // 业务逻辑
    } catch (Exception e) {
        // 只记录日志，未重新抛出异常，事务不会回滚
        log.error("错误", e);
    }
}

// 正确做法：
@Transactional
public void createOrder(Order order) {
    try {
        // 业务逻辑
    } catch (Exception e) {
        log.error("错误", e);
        throw e; // 重新抛出异常
    }
}
  1. 抛出的异常不是 rollbackFor 指定的异常类型：

java

运行

// 默认只回滚RuntimeException， checked异常不会回滚
@Transactional
public void createOrder(Order order) throws IOException {
    throw new IOException("IO错误"); // 不会回滚
}

// 正确做法：指定rollbackFor
@Transactional(rollbackFor = Exception.class)
public void createOrder(Order order) throws IOException {
    throw new IOException("IO错误"); // 会回滚
}
  1. 方法不是 public 的：

java

运行

// 非public方法的事务注解不生效
@Transactional
void createOrder(Order order) {
    // 业务逻辑
}

// 正确做法：使用public方法
@Transactional
public void createOrder(Order order) {
    // 业务逻辑
}

  1. 自调用问题：如前所述，同一类中方法调用不会触发事务拦截器。

  2. 数据源未配置事务管理器：确保已配置与数据源对应的事务管理器。

6.2 事务传播行为误用

最常见的是对REQUIRED和REQUIRES_NEW的误用：

java

运行

@Service
public class PaymentService {
    @Autowired
    private LogService logService;
    
    @Transactional
    public void processPayment(Payment payment) {
        // 处理支付
        savePayment(payment);
        
        // 如果logService的方法使用REQUIRES_NEW
        // 即使当前事务回滚，日志也会被保存
        logService.logPayment(payment.getId());
    }
}

@Service
public class LogService {
    // 使用REQUIRES_NEW确保日志一定会被记录
    @Transactional(propagation = Propagation.REQUIRES_NEW)
    public void logPayment(Long paymentId) {
        saveLog(paymentId, "支付处理中");
    }
}

6.3 长事务问题

长事务会导致数据库连接长时间被占用，可能引发性能问题和死锁：

解决方案：

  1. 拆分长事务为多个短事务
  2. 减少事务中的操作，只保留必要的数据库操作
  3. 非核心操作使用异步处理
  4. 合理设置事务超时时间

java

运行

// 优化前：长事务
@Transactional
public void complexOperation(Order order) {
    saveOrder(order);
    callExternalSystem(order); // 耗时的外部调用
    updateInventory(order);
    sendNotifications(order); // 耗时的通知
}

// 优化后：拆分事务
@Transactional
public void createOrder(Order order) {
    saveOrder(order);
    updateInventory(order);
}

// 异步处理非核心操作
@Async
public void processNonCriticalOperations(Order order) {
    callExternalSystem(order);
    sendNotifications(order);
}

七、事务最佳实践

  1. 最小化事务范围：

    • 只在必要的方法上添加事务注解
    • 事务中只包含必要的数据库操作
    • 避免在事务中进行耗时操作（如 IO、网络请求）

  2. 合理选择传播行为：

    • 大多数情况使用默认的 REQUIRED
    • 需要独立事务时使用 REQUIRES_NEW
    • 只读操作使用 SUPPORTS 并设置 readOnly=true

  3. 明确指定回滚规则：

    • 建议显式指定 rollbackFor = Exception.class
    • 避免依赖默认的回滚规则

  4. 正确处理异常：

    • 事务方法中捕获异常后要重新抛出
    • 区分业务异常和系统异常，合理设置回滚规则

  5. 优化事务性能：

    • 对只读操作设置 readOnly=true
    • 合理设置事务超时时间
    • 避免长事务，拆分复杂事务

  6. 测试事务行为：

    • 编写专门的测试用例验证事务回滚
    • 测试并发场景下的事务行为
    • 验证事务隔离级别是否符合预期

  7. 监控事务性能：

    • 监控长事务和频繁回滚的事务
    • 分析事务相关的锁等待问题
    • 跟踪事务超时情况

总结

Spring 事务管理是保障数据一致性的关键技术，通过声明式事务管理可以轻松实现复杂的事务控制逻辑，而无需编写繁琐的事务管理代码。

本文详细介绍了 Spring 事务的核心概念、两种实现方式（编程式和声明式）以及事务属性（传播行为、隔离级别等），深入解析了 Spring 事务的实现原理，并通过实战案例展示了常见场景的解决方案。

掌握 Spring 事务管理不仅能够确保业务数据的一致性，还能优化系统性能，避免常见的事务问题。在实际开发中，应根据业务需求合理配置事务属性，遵循最佳实践，构建可靠、高效的事务管理机制。

Elieal
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