Spring框架数据库事务详解

前言

Spring框架提供了对数据库事务的支持，它可以很方便地实现声明式的事务管理。Spring框架的事务管理主要是通过AOP实现的，在方法执行前后增加了事务的开启、提交或回滚操作。在这里，我们将讲解Spring框架的数据库事务原理以及事务隔离级别，并提供一些相关的代码示例。

正文

Spring框架的事务管理原理

Spring框架的事务管理基于AOP实现，它提供了一个事务管理器接口——PlatformTransactionManager，它定义了事务管理器的基本行为。Spring框架还提供了一个基于注解的事务管理器——@Transactional，它可以很方便地对方法进行事务管理。

在Spring框架中，事务的开启、提交或回滚是通过AOP的Around Advice来实现的。当一个被事务管理器管理的方法被调用时，AOP会拦截这个方法的调用，并执行如下操作：

1. 开启一个新的事务。
2. 执行方法体。
3. 如果方法执行成功，则提交事务；否则，回滚事务。

以下是一个简单的示例，演示了如何使用Spring框架来实现声明式的事务管理：

javaCopy code
@Service
public class UserServiceImpl implements UserService {

    @Autowired
    private UserDao userDao;

    @Override
    @Transactional
    public void transferMoney(String fromUser, String toUser, double amount) {
        // 从fromUser账户中减去指定的金额
        userDao.updateBalance(fromUser, -amount);
        // 向toUser账户中加上指定的金额
        userDao.updateBalance(toUser, amount);
    }
}

在这个示例中，@Transactional注解标记在transferMoney方法上，表示这个方法需要进行事务管理。如果这个方法执行成功，事务将被提交；否则，事务将被回滚。

Spring框架的事务隔离级别

Spring框架支持以下5种事务隔离级别：

• DEFAULT：使用数据库默认的事务隔离级别。
• READ_UNCOMMITTED：允许读取未提交的数据。
• READ_COMMITTED：只能读取已经提交的数据。
• REPEATABLE_READ：在同一个事务中多次读取同一个数据时，读取的数据保持一致。
• SERIALIZABLE：事务串行化执行，可以避免脏读、不可重复读和幻读问题。

Spring框架默认使用数据库的默认事务隔离级别。在大多数情况下，使用READ_COMMITTED隔离级别即可。

接下来，我们将结合代码示例来演示 Spring 框架中事务管理的实现过程以及不同隔离级别的应用。

首先，我们需要在 Spring 配置文件中开启事务管理器：

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

<tx:annotation-driven transaction-manager="transactionManager" />

接下来，在我们需要使用事务管理的 Service 层方法上添加 @Transactional 注解，该注解可用于类或方法上，用于指定事务的隔离级别、传播行为等属性。

javaCopy code
@Service
public class UserServiceImpl implements UserService {

    @Autowired
    private UserDao userDao;

    @Transactional(isolation = Isolation.READ_COMMITTED, propagation = Propagation.REQUIRED)
    public void transferMoney(int fromId, int toId, int money) {
        userDao.reduceMoney(fromId, money);
        userDao.addMoney(toId, money);
    }
}

在上述示例代码中，我们在 transferMoney() 方法上添加了 @Transactional 注解，并指定了事务的隔离级别为 READ_COMMITTED，传播行为为 REQUIRED，表示该方法执行时需要一个已存在的事务，若不存在则新建一个事务。

最后，我们需要在 Spring 配置文件中配置数据源相关信息：

xmlCopy code
<bean id="dataSource"
      class="org.springframework.jdbc.datasource.DriverManagerDataSource">
   <property name="driverClassName" value="com.mysql.jdbc.Driver" />
   <property name="url" value="jdbc:mysql://localhost:3306/test" />
   <property name="username" value="root" />
   <property name="password" value="password" />
</bean>

上述配置中，我们配置了连接数据库的相关信息，这里使用的是 DriverManagerDataSource，也可以使用其他的数据源，例如 C3P0 等。

在实际开发过程中，我们需要根据具体业务需求来选择合适的隔离级别，并根据具体场景来确定事务的传播行为，以避免出现数据不一致的问题。

需要注意的是，隔离级别越高，对数据库性能的影响越大，因此需要根据实际需求来进行平衡，选择合适的隔离级别。

提供几个不同隔离级别的示例代码进行讲解。

首先，我们需要在 Spring 配置文件中启用事务管理，例如使用声明式事务管理的方式，可以通过配置 TransactionManager 和 TransactionInterceptor 来实现：

xmlCopy code
<!-- 配置事务管理器 
<bean id="transactionManager" class="org.springframework.jdbc.datasource.DataSourceTransactionManager">
    <property name="dataSource" ref="dataSource" />
</bean>

<!-- 配置事务拦截器 
<tx:advice id="txAdvice" transaction-manager="transactionManager">
    <tx:attributes>
        <tx:method name="*" propagation="REQUIRED" isolation="DEFAULT" rollback-for="Exception" />
    </tx:attributes>
</tx:advice>

<!-- 配置 AOP 自动代理 
<aop:config>
    <aop:pointcut id="serviceMethod" expression="execution(* com.example.service.*.*(..))" />
    <aop:advisor advice-ref="txAdvice" pointcut-ref="serviceMethod" />
</aop:config>

上述配置文件中，我们使用了 DataSourceTransactionManager 作为事务管理器，并配置了 TransactionInterceptor 作为事务拦截器，同时将 TransactionInterceptor 应用到了所有在 com.example.service 包下的 Service 层方法中。

接下来，我们分别来讲解下不同的事务隔离级别的代码实现：

1. 读未提交（READ_UNCOMMITTED）

在该隔离级别下，一个事务可以读取另一个事务未提交的数据，因此可能会出现脏读的问题。下面是一个简单的示例代码：

javaCopy code
@Service
public class UserServiceImpl implements UserService {
    
    @Autowired
    private JdbcTemplate jdbcTemplate;
    
    @Override
    @Transactional(isolation = Isolation.READ_UNCOMMITTED)
    public User getUserById(int id) {
        String sql = "SELECT * FROM users WHERE id = ?";
        RowMapper<User> rowMapper = new BeanPropertyRowMapper<>(User.class);
        return jdbcTemplate.queryForObject(sql, rowMapper, id);
    }
    
    @Override
    @Transactional(propagation = Propagation.REQUIRED)
    public void updateUser(int id, String name) {
        String sql = "UPDATE users SET name = ? WHERE id = ?";
        jdbcTemplate.update(sql, name, id);
    }
}

上述代码中，getUserById 方法的隔离级别为 READ_UNCOMMITTED，可以读取其他事务未提交的数据，因此可能会读取到脏数据；updateUser 方法的隔离级别为默认值 READ_COMMITTED，因此修改操作会在提交前进行排他锁，避免了脏读的问题。

2.读已提交（READ_COMMITTED）

在该隔离级别下，一个事务只能读取另一个事务已提交的数据，因此避免了脏读的问题。下面是一个简单的示例代码：

javaCopy code
@Service
public class UserService {

    @Autowired
    private JdbcTemplate jdbcTemplate;

    @Transactional(isolation = Isolation.READ_COMMITTED)
    public void updateUserBalance(Long userId, int newBalance) {
        String sql = "UPDATE user SET balance = ? WHERE id = ?";
        jdbcTemplate.update(sql, newBalance, userId);
    }

    @Transactional(isolation = Isolation.READ_COMMITTED)
    public int getUserBalance(Long userId) {
        String sql = "SELECT balance FROM user WHERE id = ?";
        Integer balance = jdbcTemplate.queryForObject(sql, Integer.class, userId);
        return balance == null ? 0 : balance;
    }
}

这里的 @Transactional 注解指定了事务隔离级别为 Isolation.READ_COMMITTED，表示读已提交。我们来看一下在这个隔离级别下会有什么效果。

假设有两个线程同时调用 updateUserBalance 和 getUserBalance 方法，其中一个线程执行 updateUserBalance 方法更新了用户余额，而另一个线程在此同时执行 getUserBalance 方法查询该用户的余额。那么，在读已提交隔离级别下，第二个线程只能读到已经提交的数据，也就是更新后的余额。这就保证了数据的一致性，避免了脏读和不可重复读。

3.REPEATABLE_READ

对于可重复读隔离级别，我们可以在 @Transactional 注解中指定 isolation 属性为 Isolation.REPEATABLE_READ，表示使用可重复读隔离级别。

下面是一个使用 Spring 框架的可重复读隔离级别的代码示例：

javaCopy code
@Service
public class UserService {

    @Autowired
    private JdbcTemplate jdbcTemplate;

    @Transactional(isolation = Isolation.REPEATABLE_READ)
    public void transfer(int fromUserId, int toUserId, int amount) {
        try {
            jdbcTemplate.update("UPDATE user SET balance = balance - ? WHERE id = ?", amount, fromUserId);
            jdbcTemplate.update("UPDATE user SET balance = balance   ? WHERE id = ?", amount, toUserId);
            Thread.sleep(10000); // 模拟业务处理时间
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    @Transactional(isolation = Isolation.REPEATABLE_READ)
    public void showBalance(int userId) {
        int balance = jdbcTemplate.queryForObject("SELECT balance FROM user WHERE id = ?", new Object[]{userId}, Integer.class);
        System.out.println("User "   userId   " balance: "   balance);
    }
}

在上面的示例中，我们定义了一个 UserService 类，其中有两个方法：transfer 和 showBalance。

transfer 方法用于转账操作。在方法上使用 @Transactional 注解，并指定 isolation 属性为 Isolation.REPEATABLE_READ，表示使用可重复读隔离级别。在该方法中，我们先更新转出用户的余额，再更新转入用户的余额，并模拟业务处理时间。

showBalance 方法用于查询用户的余额。同样在方法上使用 @Transactional 注解，并指定 isolation 属性为 Isolation.REPEATABLE_READ。在该方法中，我们查询指定用户的余额，并输出到控制台。

我们可以在一个单元测试中测试这两个方法：

javaCopy code
@RunWith(SpringRunner.class)
@SpringBootTest
public class UserServiceTest {

    @Autowired
    private UserService userService;

    @Test
    public void testTransfer() throws InterruptedException {
        userService.transfer(1, 2, 100);
    }

    @Test
    public void testShowBalance() {
        userService.showBalance(1);
        userService.showBalance(2);
    }
}

在上面的测试中，我们先调用 transfer 方法进行转账操作，模拟一个并发访问的场景；然后调用 showBalance 方法查询用户余额。

4.SERIALIZABLE 隔离级别

SERIALIZABLE 是最高的隔离级别，它保证了所有事务的串行执行。在这种隔离级别下，所有事务都必须先获得锁才能执行任何操作，这样可以避免所有的并发问题。

我们可以使用以下的示例代码来演示 SERIALIZABLE 隔离级别：

javaCopy code
@Service
public class BankService {

    @Autowired
    private JdbcTemplate jdbcTemplate;

    @Transactional(isolation = Isolation.SERIALIZABLE)
    public void transfer(int fromId, int toId, int amount) {
        jdbcTemplate.update("SELECT balance FROM accounts WHERE id = ? FOR UPDATE", fromId);
        int fromBalance = jdbcTemplate.queryForObject("SELECT balance FROM accounts WHERE id = ?", Integer.class, fromId);
        if (fromBalance < amount) {
            throw new RuntimeException("Insufficient balance");
        }
        jdbcTemplate.update("UPDATE accounts SET balance = balance - ? WHERE id = ?", amount, fromId);
        jdbcTemplate.update("UPDATE accounts SET balance = balance   ? WHERE id = ?", amount, toId);
    }
}

这里我们使用了 @Transactional 注解来声明一个事务，同时指定了隔离级别为 SERIALIZABLE。在转账过程中，我们先对要转账的账户加锁，然后再执行转账操作。

值得注意的是，在 SERIALIZABLE 隔离级别下，所有的事务都必须先获得锁才能执行任何操作。因此，在多个事务同时执行的情况下，可能会导致死锁的问题。因此，在使用 SERIALIZABLE 隔离级别时，我们需要特别小心，确保不会发生死锁。

希望这些示例能帮助您更好地理解 Spring 框架中的事务管理机制。

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