Spring事务源码原理详解（保姆级）

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#spring #Spring 事务 #Sping事务源码 #Spring事务原理 #Spring事务面试

于 2022-11-04 15:35:54 首次发布

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本文深入探讨Spring事务管理的核心机制，解析事务的执行流程、异常处理，并通过具体案例揭示常见问题及解决方案。

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✅ 本文案例源码，基于最新Spring Boot 版本2.7.5，Spring 版本是5.3.23

回顾 Spring AOP

⭐ Spring AOP 是 Spring 中除了依赖注入外（DI）最为核心的功能，AOP 即为面向切面编程。

⭐ Spring AOP 通过 CGlib 和 JDK 动态代理等方式来实现运行期动态方法增强，目的是将与业务无关的代码单独抽离出来，逻辑解耦，降低系统的耦合性，提高程序的可重用性和开发效率。AOP 在日志记录、监控管理、性能统计、异常处理、权限管理、统一认证等各个方面被广泛使用。

🏷️JDK动态代理面向接口，通过反射生成目标代理接口的匿名实现类；
🏷️CGLIB动态代理则通过继承，使用字节码增强技术为目标代理类生成代理子类。

⭐ Spring 默认对接口实现使用JDK动态代理，对具体类使用CGLIB，同时也支持配置全局使用CGLIB来生成代理对象。
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⭐Spring AOP对 Bean的增强有5种形式：

前置增强（org.springframework.aop.BeforeAdvice）：在目标方法执行之前进行增强；
后置增强（org.springframework.aop.AfterReturningAdvice）：在目标方法执行之后进行增强；
👍环绕增强（org.aopalliance.intercept.MethodInterceptor）：在目标方法执行前后都执行增强；
异常抛出增强（org.springframework.aop.ThrowsAdvice）：在目标方法抛出异常后执行增强；
引介增强（org.springframework.aop.IntroductionInterceptor）：为目标类添加新的方法和属性。

案例1：事务的执行流程

🏷️ 测试案例：向学生表中新增一条数据，走一遍Spring 事务的执行过程。

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⭐ Spring声明式事务使用AOP 的环绕增强方式，在方法执行之前开启事务，在方法执行之后提交或回滚事务。对应的实现为 TransactionInterceptor ，其实现了 MethodInterceptor，即，通过AOP的环绕增强方式。
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事务拦截器：TransactionInterceptor

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⭐TransactionInterceptor.invoke()主要有2步：

获取 TargetClass
调用父类 TransactionAspectSupport #invokeWithinTransaction处理事务

Spring事务管理的基类：TransactionAspectSupport

⭐TransactionAspectSupport 是Spring 事务管理的基类，其支持声明式事务、编程式事务。

其通过模板方法模式规定了事务的执行流程。
通过使用策略模式。 PlatformTransactionManager或ReactiveTransactionManager实现将执行实际的事务管理
- PlatformTransactionManager：声明式事务管理器
- ReactiveTransactionManager：编程式事务管理器

⭐TransactionAspectSupport #invokeWithinTransaction 事务处理方法主流程如下：
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⭐主要源码及注释如下：
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⭐1、获取事务属性源 TransactionAttributeSource ，是一个策略接口，主要用来获取事务属性，根据不同类型的源，确定事务属性。

⭐2、根据属性源获取事务属性TransactionAttribute，是直接从 事务属性缓存
Map<Object, TransactionAttribute> attributeCache 中获取的。

❓思考：事务属性缓存attributeCache是什么时候缓存的？

⭐Spring 容器初始化时，Bean后置处理器会识别到 @Transactional注解的类和方法，将事务属性放入缓存attributeCache 中，并创建 AOP 代理对象。

⭐TransactionAttribute继承TransactionDefinitio事务属性，包含：事务的隔离级别、事务的传播类型、事务超时时间、事务名称、事务是否只读等。
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⭐3、确定事务管理器 PlatformTransactionManager 。如果没有指定事务管理器，会获取一个默认的事务管理器（本案例中是 DataSourceTransactionManager 并放到缓存中，之后直接从缓存获取。
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PlatformTransactionManager 事务管理器，有3个方法：

getTransaction：获取当前激活的事务或者创建一个事务
commit：提交当前事务
rollback：回滚当前事务

⭐PlatformTransactionManager 是Spring 抽象的接口，其定义了事务的3个基本动作。具体实现是由相应的子类进行的。
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DataSourceTransactionManager 使用Jdbc 和 ibatis 进行数据持久化的事务管理器
JtaTransactionManager 分布式事务的事务管理
~~CciLocalTransactionManager~~ 主要面向JCA 进行系统集成的局部事务管理器

⭐4、获取 joinpoint 标识，用于确定事务名称，值是方法全路径。

⭐5、创建事务 createTransactionIfNecessary
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根据 joinpoint 标识确定事务名称，主要用于对事务进行监控和记录。
获取事务状态 TransactionStatus # getTransaction 方法内部会调用相应的事务管理器开启事务。
封装 TransactionInfo ：根据事务状态和事务属性封装 TransactionInfo 事务信息对象，并将其加入到ThreadLocal中，交给事务管理器进行管理。

其中，b 步骤 getTransaction负责开启事务。见下图中的第4步操作 startTransaction
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⭐startTransaction 开启事务方法如下：
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⭐doBegin()是一个抽象方法，不同的事务管理器有对应的实现。
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⭐DataSourceTransactionManager # doBegin 开启事务代码如下，至此数据库事务已经开启了。

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⭐6、回调执行目标方法：invocation.proceedWithInvocation(); 这里就是调用被 Spring AOP 增强的事务方法了。

⭐7、目标方法执行成功后，调用 DataSourceTransactionManager # doCommit 提交事务。

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案例2：事务异常处理

🏷️我们向学生表中插入一条数据：“小荣同学”。紧接着我们抛Exception异常，试图将事务回滚。事务是否会回滚？

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数据库插入学生方法打印了日志，并且事务方法抛出了 Exception.class，如果事务回滚了，那数据库中应该没有数据吧？

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❓但发现，数据库中数据保存成功了，为什么事务没有回滚❓
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⭐让我们回顾一下事务的处理流程。TransactionAspectSupport #invokeWithinTransaction
执行目标方法（事务方法），如果没有抛异常，则提交事务。如果抛异常，则执行回滚流程，问题就出现在回滚流程中。
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异常处理流程，对应下图源码中的第6、7步，如果目标方法抛出异常，则捕获执行第7步回滚流程。
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⭐Spring事务管理基类 TransactionAspectSupport 事务异常处理方法 completeTransactionAfterThrowing

🤔从Spring官方注释可以看到，这个方法不仅可以将事务回滚、也有可能提交事务，这取决于配置

Handle a throwable, completing the transaction. 处理异常，完成事务。
We may commit or roll back, depending on the configuration. 执行回滚、提交事务，取决于配置

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这个方法逻辑很简单，只有2种情况：

事务属性满足回滚条件，回滚事务。
不满足条件，继续提交事务。

🤔 回滚条件，取决于什么配置❓

⭐txInfo.transactionAttribute.rollbackOn(ex)这是事务的回滚的关键判断条件。当这个条件满足时，会触发事务回滚。

然后调用RuleBasedTransactionAttribute #rollbackOn(ex) 判断是否满足回滚规则，对事务进行回滚。

rollbackOn(ex)有2个层级的判断逻辑
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层级1：根据回滚规则和异常层级判断。
如果在 @Transactional 中配置了 rollbackFor，这个方法就会用捕获到的异常和 rollbackFor 中配置的异常做比较。如果捕获到的异常是 rollbackFor 配置的异常或其子类，就会直接 rollback。

层级2：如果没有配置 rollbackFor 或者异常类型没有匹配，则使用父类的 super.rollbackOn(ex)条件进行判断。
如果没有配置 rollbackFor 事务回滚条件是：只有抛出的异常类型是RuntimeException 或者Error时才回滚
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如果配置了 rollbackFor 则只有捕获到 rollbackFor 配置的异常及其子类，才会回滚事务。
而我们的例子中，抛出的是 Excepton类型异常，并且没有指定rollbackFor属性，所以不会回滚事务，而是继续提交事务。提交事务的流程在案例1 中我们已经分析过了。

🤔怎么改正问题？

指定 rollbackFor @Transactional(rollbackFor = Exception.class)
抛 RuntimeException throw new RuntimeException();

RuntimeException 是 Exception 的子类，如果用 rollbackFor=Exception.class，对 RuntimeException 也会生效。

🤔如果我们需要对 Exception 执行回滚操作，但对于 RuntimeException 不执行回滚操作，应该怎么做呢？

@Transactional(rollbackFor = Exception.class , noRollbackFor = RuntimeExcetion.class)

案例3：试图通过 this 调用事务方法

🏷️测试场景：通过 this 调用事务方法。方法向学生表中插入数据，之后抛出异常。事务是否回滚？

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从日志看，向学生表插入数据，并且事务方法抛出了异常。
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从数据库看，数据保存成功了，没有回滚
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🤔通过 this 调用事务方法，为什么事务没有生效❓

通过断点调试，Controller 中注入的 StudentService 是被Spring AOP 通过 CGLIB动态代理增强过的类。

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而 StudentService 中通过 this 调用事务方法，this就是一个普通的对象，不是被Spring 代理过的类。
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只有通过Spring 动态代理过的类调用，（AOP）事务才会生效。使用 this 调用事务方法，是一个普通对象，不具有AOP增强功能，事务自然不会生效。

🤔怎么改正问题？

通过代理对象调用事务方法：使用 @Autowired 注入 StudentService

通过断点我们看到现在是通过代理类调用事务方法了，此时（AOP）事务已经生效。

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案例4：试图给 private 方法添加事务

🏷️测试场景：给 private 方法添加事务。向学生表中插入数据，之后抛出异常。事务是否回滚？

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从日志看，向学生表插入数据，并且事务方法抛出了异常。
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从数据库看，数据保存成功了，没有回滚
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🤔通过 private 修饰的事务方法，为什么事务没有生效❓

这个问题，需要从Spring AOP动态代理的处理寻找答案。
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Spring 代理操作的入口是 AbstractAutoProxyCreator # postProcessAfterInitialization

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wrapIfNecessary 首先获取满足条件的切面数组，然后为其创建代理。
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是否满足代理条件，最终会调用AopUtils 的 canApply方法，看是否满足代理条件。
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事务方法的匹配规则会调用事务属性源切点 TransactionAttributeSourcePointcut 的 matches 方法

这个方法的主要逻辑是：根据事务属性源获取事务属性，只要事务属性不为空即匹配成功。
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AbstractFallbackTransactionAttributeSource # getTransactionAttribute，这个方法如果缓存中有值，则返回缓存中的值，否则 computeTransactionAttribute计算得到事务属性，并且加入到缓存中。

注意这里，我们代理对象还没有创建，此时缓存中是没有值的。
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computeTransactionAttribute 其主要功能是根据方法和类的类型确定是否返回事务属性
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注意这个判断条件
allowPublicMethodsOnly() && !Modifier.isPublic(method.getModifiers()) ，
当这个判断结果为 true 的时候返回 nul，也就意味着这个方法不会被代理，从而导致事务的注解不会生效。

条件 1：allowPublicMethodsOnly()，这个方法意思是：是否只允许公共方法具有事务属性，默认是true的。
条件2：Modifier.isPublic(method.getModifiers()) ，这个方法是判断当前方法是不是public的。这个方法里通过位运算，只有public 方法才会返回true。
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Spring 默认使用动态代理方式对目标方法执行AOP增强，使用private修饰事务方法，会导致类无法被Spring Cglib代理，无法进行AOP增强，也就是事务不会生效。

只有使用 public 修饰的事务方法，事务才会生效。

🤔 思考：使用final、static 修饰的类可以被代理吗❓

案例5：小心嵌套事务

🏷️测试场景。新增一个学生，然后记录日志。记录日志异常回滚了，但是不希望影响新增学生的流程，学生会保存成功吗？

保存学生时，我们catch住了日志的异常，希望它不会影响新增学生的结果。
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记录日志方法中，我们模拟日志保存失败了，并抛出异常，让新增日志的事务回滚
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注意这是一个嵌套事务场景，saveStudent 方法使用 @Transactional 注解开启了事务，saveStudent 方法中调用记录日志方法 logsService.saveLog(logs); 这个方法也开启了事务。

运行结果：
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通过数据库记录看到，日志表回滚了，学生表也回滚了。为什么？
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在这个例子中，我们在一个事务中开启了另一个事务，其实就是事务传播的问题。

Spring 支持7种事务传播类型，具体的传播类型是通过 propagation 属性控制的。

REQUIRED（Spring 默认的事务传播类型）：如果当前没有事务，则新建一个事务；如果当前已有事务，则加入这个事务。
SUPPORTS：如果当前存在事务，则加入该事务；如果没有事务，则以非事务的方式执行。
MANDATORY：如果当前存在事务，则加入该事务；如果没有事务，则抛异常；
REQUIRES_NEW：无论当前是否有事务，每次都新建一个事务。
NOT_SUPPORTED：无论当前是否存在事务，都以非事务的方式执行。
NEVER：不使用事务。如果当前存在事务，则抛异常；
NESTED：如果当前事务存在，则开启一个嵌套事务（子事务）。如果父事务回滚，子事务也会回滚；如果子事务回滚，不会影响父事务。

本例中，我们使用Spring 默认的事务传播类型，记录日志事务发现已经存在一个事务了，则加入该事务，也就是2个方法公用一个事务，这就好理解了，内层事务事务回滚，外层事务肯定也回滚。

原理我们知道了，所以我们要解决这个问题，在内存事务中指定事务传播类型属性为REQUIRES_NEW或 NESTED 即可。
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🤔Spring 是如何处理嵌套事务的呢❓

⭐再回顾一下事务的执行流程。注意我们使用嵌套事务，所以通过AOP增强会执行2次这个方法。
TransactionAspectSupport # invokeWithinTransaction 事务处理方法主流程如下：
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主要源码及注释如下：
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首先，内层事务由于抛出异常，会执行上图第7步：异常回滚流程。即 completeTransactionAfterThrowing方法

completeTransactionAfterThrowing 会检查事务配置是否满足回滚条件，内层事务我们手动指定回滚Exception 类型异常，是满足回滚条件的。@Transactional(rollbackFor = Exception.class)
（至于为什么满足回滚条件，我们在案例2：事务异常处理已经分析过了）
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