一篇文章带你了解Spring声明式事务的底层实现原理。-阿里云开发者社区

本篇文章是对Mybatis知识点的一个扩展,主要一起来研究下Spring是如何来管理事务的。顺便再多聊一点其他的知识点,在学习的过程中主要带着以下问题来进行有目的的学习
然后最终来回答下面这些问题。

Mybatis是如何整合进Spring中的
- Spring如何知道哪些接口是Mapper接口的?
- Mapper接口是如何变成Spring Bean的？
Spring在哪里声明的SqlSession的实现逻辑？
Spring中声明式事务的实现方式是怎样的？
Spring中如何处理嵌套事务的？
Spring中事务的传播方式是如何实现的？

https://cloud.tencent.com/developer/article/1497631

一、如何整合进Spring中的

默认大家对Spring都比较了解了,这里只说结果。都知道接口是不能被实例化的,那么接口是如何成为Bean的呢?

1.1 如何知道哪些是Mybatis的接口呢?

@MapperScan Spring中在配置类上加上这个注解。根据源码能看到还导入了MapperScannerRegistrar

@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Target(ElementType.TYPE)
@Documented
@Import(MapperScannerRegistrar.class)
@Repeatable(MapperScans.class)
public @interface MapperScan {}

public class MapperScannerRegistrar implements ImportBeanDefinitionRegistrar, ResourceLoaderAware {}

MapperScannerRegistrar 会在配置类解析时候拿到MapperScan注解信息,并解析里面的参数。生成一个 MapperScannerConfigurer 信息。
从源码中能看到Mybatis的很多配置信息,都会被注入到MapperScannerConfigurer中。

public class MapperScannerConfigurer
    implements BeanDefinitionRegistryPostProcessor, InitializingBean, ApplicationContextAware, BeanNameAware {}

实现自BeanDefinitionRegistryPostProcessor会前置,拿到MapperScan中的basePackage,最终通过ClassPathMapperScanner扫描并添加到
BeanDefinitionRegistry中。

到这里这种方式就能知道哪些是Mybatis中的Mapper接口了。

还有第二种方式当发现Spring容器中没有MapperScannerConfigurer。会自动注入一个

会直接指定哪些类被Mapper修饰,就将他生成Bean。

好了，到这里就知道如何来确定那些接口是要生成Mybatis接口的了。下面看下个问题。

1.2 Mapper接口是如何变成Spring Bean的？

接口是不能被实例化的，但是在Spring中如何想让接口实例化就可以使用 FactoryBean + 动态代理的方式，实现接口类的实例化。

首先利用 ClassPathBeanDefinitionScanner 找到符合规则的类生成 BeanDefinition。
给 BeanDefinition 指定BeanClass,执行 FactoryBean 是 MapperFactoryBean

二、Spring在哪里声明的SqlSession的实现逻辑？

通过Mybatis的学习知道SqlSession一共有2个包装类。SqlSessionManager和SqlSessionTemplate。那么SqlSession是在哪里指定用哪个的呢?
答案就在 MapperFactoryBean

public class MapperFactoryBean<T> extends SqlSessionDaoSupport implements FactoryBean<T> {
  private SqlSessionTemplate sqlSessionTemplate;
   
     public void setSqlSessionFactory(SqlSessionFactory sqlSessionFactory) {
       if (this.sqlSessionTemplate == null || sqlSessionFactory != this.sqlSessionTemplate.getSqlSessionFactory()) {
         this.sqlSessionTemplate = createSqlSessionTemplate(sqlSessionFactory);
       }
     }
   
     @SuppressWarnings("WeakerAccess")
     protected SqlSessionTemplate createSqlSessionTemplate(SqlSessionFactory sqlSessionFactory) {
       return new SqlSessionTemplate(sqlSessionFactory);
     }
}

三、Spring中声明式事务的实现方式是怎样的

看了Mybatis中事务这一章节,知道如果使用了SqlSessionTemplate,那么事务的权限就外包给了Spring。那么Spring中事务怎么处理的呢?
终于进入正题了。Spring中提供两种事务的能力。

声明式事务
编程式事务

3.1 声明式事务

使用 Transactional 修饰方法，其主要实现是使用切面实现。

TransactionAspectSupport#invokeWithinTransaction。拦截方法。获取事务管理器。

这里我们先来思考下,通过前面的学习知道事务的最底层实现是jdbc驱动来实现的。

那么切面中要想实现，就必须保证切面中的线程执行的数据库操作，一定是同一个SqlSession这样才能在方法正常执行时候做commit，异常时候做rollback操作。

那我们看下他是如何保证切面中的数据库操作一定是同一个SqlSession的吧。这部分逻辑就在 SqlSessionTemplate 中。

获取当前线程是否已经有SqlSession了，如果有就直接使用，这样就保证在切面中的事务用的是同一个事务了。

3.2 编程式事务

TransactionTemplate#execute

编程是事务需要实现者自己来管理事务的，Spring提供的扩展接口类是 CallbackPreferringPlatformTransactionManager。如果发现容器中默认的事务管理类是这个
就直接调动全局的这个事务管理方法。如果不是就自己来处理。这种设计的好处是,事务管理器既可以做关系型数据库的事务管理,也可以满足一些特定场景的事务控制(eg: 给Kafka的逻辑做一个事务管理)。

四、Spring中如何处理嵌套事务的？

什么是嵌套事务,举一个伪代码的例子。下面 saveUser 代码中有2个Mapper。但是有几个SqlSession呢?

UserMapper userMapper;

RegistroyMapper registoryMapper;

@Transactional(rollbackFor = {Throwable.class, RuntimeException.class, ExecutionException.class})
public void save(User user){
   userMapper.save(user);
}

@Transactional(rollbackFor = {Throwable.class, RuntimeException.class, ExecutionException.class})
public void saveUser(String userName,Strign password){
   User user = registoryMapper.regis(userName,password);
   save(user);
}

通过上面的学习我们了解到如果是Spring来管理的事务是一个线程对应一个SqlSession。所以说上面伪代码中的两个Mapper
其实是用的同一个SqlSession,这样才能保证是在同一个事务中。核心代码逻辑就在这里 SqlSessionUtils#getSqlSession。
从Spring中的事务管理器中获取 SqlSession。是否使用同一个事务，外包给Spring容器去托管。这就给Spring提供了很多可以发挥的空间。
比如说传播机制等。

public static SqlSession getSqlSession(SqlSessionFactory sessionFactory, ExecutorType executorType,
      PersistenceExceptionTranslator exceptionTranslator) {

    notNull(sessionFactory, NO_SQL_SESSION_FACTORY_SPECIFIED);
    notNull(executorType, NO_EXECUTOR_TYPE_SPECIFIED);

    SqlSessionHolder holder = (SqlSessionHolder) TransactionSynchronizationManager.getResource(sessionFactory);

    SqlSession session = sessionHolder(executorType, holder);
    if (session != null) {
      return session;
    }

    LOGGER.debug(() -> "Creating a new SqlSession");
    session = sessionFactory.openSession(executorType);

    registerSessionHolder(sessionFactory, executorType, exceptionTranslator, session);

    return session;
  }

五、Spring中事务的传播方式是如何实现的？

传播方式	说明	常用
TransactionDefinition.PROPAGATION_REQUIRED	如果存在一个事务，则支持当前事务。如果没有事务则开启	✅
TransactionDefinition.PROPAGATION_SUPPORTS	如果存在一个事务，支持当前事务。如果没有事务，则非事务的执行
TransactionDefinition.PROPAGATION_MANDATORY	如果已经存在一个事务，支持当前事务。如果没有一个活动的事务，则抛出异常
TransactionDefinition.PROPAGATION_NEVER	总是非事务地执行，如果存在一个活动事务，则抛出异常
TransactionDefinition.PROPAGATION_NOT_SUPPORTED	总是非事务地执行，并挂起任何存在的事务
TransactionDefinition.PROPAGATION_REQUIRES_NEW	总是开启一个新的事务。如果一个事务已经存在，则将这个存在的事务挂起。
TransactionDefinition.PROPAGATION_NESTED	如果一个活动的事务存在，则运行在一个嵌套的事务中. 如果没有活动事务则按TransactionDefinition.PROPAGATION_REQUIRED 属性执行

思考传播机制如何实现

首先我们先思考下传播机制是如何实现的,因为我们知道 要保证是同一个事务,那么一定是同一个SqlSession,这样才能保证是同一个事务。
而如果要新开事务,就要先将当前线程绑定的SqlSession等事务信息,给挂起，那么是如何进行挂起的呢? SqlSession又是如何跟线程绑定的呢?

5.1 SqlSession是如何跟线程绑定的呢?

通过TransactionSynchronizationManager中的ThreadLocal跟线程绑定(new NamedThreadLocal<>("Transactional resources"))。注意: 如果主线程下创建子线程是不能绑定上的。

private static void registerSessionHolder(SqlSessionFactory sessionFactory, ExecutorType executorType,
      PersistenceExceptionTranslator exceptionTranslator, SqlSession session) {
        SqlSessionHolder holder = new SqlSessionHolder(session, executorType, exceptionTranslator);
        TransactionSynchronizationManager.bindResource(sessionFactory, holder);
        TransactionSynchronizationManager
            .registerSynchronization(new SqlSessionSynchronization(holder, sessionFactory));
        holder.setSynchronizedWithTransaction(true);
        holder.requested();
  }

5.2 事务是如何嵌套的?

答案就在 TransactionAspectSupport#TransactionInfo 中。一个事务注解对应一个TransactionInfo,如果出现嵌套
就会生成一个事务链。如下图一样。

当里层的事务处理完成后会执行清理动作,同时在将第一个的事务在进行恢复跟线程绑定。

        private void restoreThreadLocalStatus() {
            // Use stack to restore old transaction TransactionInfo.
            // Will be null if none was set.
            transactionInfoHolder.set(this.oldTransactionInfo);
        }

5.3 事务是如何挂起的?

前面知道每一个 @Transaction 注解会对应一个 TransactionAspectSupport#TransactionInfo。而事务挂起后,会先跟线程进行解绑。
然后挂起的事务 SuspendedResourcesHolder 会被添加在 TransactionStatus 中。

挂起的数据保存在哪里

protected final class TransactionInfo {
        // 事务管理器
        @Nullable
        private final PlatformTransactionManager transactionManager;
        // 事务信息
        @Nullable
        private final TransactionAttribute transactionAttribute;
        // 切面点
        private final String joinpointIdentification;
        // DefaultTransactionStatus
        @Nullable
        private TransactionStatus transactionStatus; 
        @Nullable
        private TransactionInfo oldTransactionInfo;
}

public class DefaultTransactionStatus extends AbstractTransactionStatus {
    @Nullable
    private final Object transaction;
    private final boolean newTransaction;
    private final boolean newSynchronization;
    private final boolean readOnly;
    private final boolean debug;
    @Nullable
    private final Object suspendedResources;
}

如何进行挂起的

TransactionSynchronization 事务同步器，为了解决事务的传播方式

suspend 暂定事务,将事务从当前线程上解绑
resume 恢复事务,将事务从新恢复到当前线程上
beforeCommit 触发提交事务，执行commit
beforeCompletion 事务提交后
afterCommit 提交后
afterCompletion 完成后调用

SqlSessionSynchronization 也是跟当前线程绑定的

位置 TransactionSynchronizationManager#ThreadLocal<Set<TransactionSynchronization>> synchronizations

 // 挂起时候,将SqlSessionHolder与当前线程进行解绑
 @Override
 public void suspend() {
   if (this.holderActive) {
     LOGGER.debug(() -> "Transaction synchronization suspending SqlSession [" + this.holder.getSqlSession() + "]");
     TransactionSynchronizationManager.unbindResource(this.sessionFactory);
   }
 }

 /**
  * 恢复时候重新跟当前线程绑定
  */
 @Override
 public void resume() {
   if (this.holderActive) {
     LOGGER.debug(() -> "Transaction synchronization resuming SqlSession [" + this.holder.getSqlSession() + "]");
     TransactionSynchronizationManager.bindResource(this.sessionFactory, this.holder);
   }
 }

5.4 传播方式具体实现

下面这段代码就是事务注解的切面处理类，Spring事务的所有逻辑和扩展支持都在这里。

TransactionAspectSupport#invokeWithinTransaction

首先我们先看整体的逻辑

获取当切面上的 @Transaction 注解信息
根据注解信息找到指定的事务管理器,如果没有执行就使用默认的
生成事务信息 TransactionInfo 传播机制,事务挂起都在这个类上
失败执行回滚&成功提交&如果是嵌套事务,从TransactionInfo 中将挂起的事务重新跟线程进行绑定

protected Object invokeWithinTransaction(Method method, @Nullable Class<?> targetClass,
            final InvocationCallback invocation) throws Throwable {

        // If the transaction attribute is null, the method is non-transactional.
        TransactionAttributeSource tas = getTransactionAttributeSource();
        // 获取被事务注解标记的事务信息
        final TransactionAttribute txAttr = (tas != null ? tas.getTransactionAttribute(method, targetClass) : null);
        // 根据事务注解上指定的事务管理器名称,去系统中获取，如果没有就拿系统中默认的事务管理器
        final PlatformTransactionManager tm = determineTransactionManager(txAttr);
        // 切面拦截点: com.alibaba.purchase.domain.replenish.impl.ReplenishDomainWriteServiceImpl.mockSave
        final String joinpointIdentification = methodIdentification(method, targetClass, txAttr);
        // 这里只看关系型数据的的事务逻辑。CallbackPreferringPlatformTransactionManager是具有回调性质的事务管理器,多用于处理自定的事务
        if (txAttr == null || !(tm instanceof CallbackPreferringPlatformTransactionManager)) {
            // Standard transaction demarcation with getTransaction and commit/rollback calls.
            // 获取事务的信息,包含传播方式
            TransactionInfo txInfo = createTransactionIfNecessary(tm, txAttr, joinpointIdentification);
            Object retVal = null;
            try {
                // This is an around advice: Invoke the next interceptor in the chain.
                // This will normally result in a target object being invoked.
                retVal = invocation.proceedWithInvocation();
            }
            catch (Throwable ex) {
                // target invocation exception
                completeTransactionAfterThrowing(txInfo, ex);
                throw ex;
            }
            finally {
                cleanupTransactionInfo(txInfo);
            }
            commitTransactionAfterReturning(txInfo);
            return retVal;
        }
}

这里只看传播机制吧。AbstractPlatformTransactionManager#handleExistingTransaction

TransactionDefinition.PROPAGATION_NEVER 如果存在事务就报错
TransactionDefinition.PROPAGATION_NOT_SUPPORTED 如果有事务,就挂起(当前事务跟线程解绑)。不使用事务进行执行。
TransactionDefinition.PROPAGATION_REQUIRES_NEW 当前事务挂起,新开个事务。

     /**
     * Create a TransactionStatus for an existing transaction.
     */
    private TransactionStatus handleExistingTransaction(
            TransactionDefinition definition, Object transaction, boolean debugEnabled)
            throws TransactionException {
        // TransactionDefinition.PROPAGATION_NEVER（总是非事务地执行，如果存在一个活动事务，则抛出异常）就直接阻断报错
        if (definition.getPropagationBehavior() == TransactionDefinition.PROPAGATION_NEVER) {
            throw new IllegalTransactionStateException(
                    "Existing transaction found for transaction marked with propagation 'never'");
        }
        // TransactionDefinition.PROPAGATION_NOT_SUPPORTED 总是非事务地执行，并挂起任何存在的事务
        if (definition.getPropagationBehavior() == TransactionDefinition.PROPAGATION_NOT_SUPPORTED) {
            if (debugEnabled) {
                logger.debug("Suspending current transaction");
            }
            Object suspendedResources = suspend(transaction);
            boolean newSynchronization = (getTransactionSynchronization() == SYNCHRONIZATION_ALWAYS);
            // 数据暂存在TransactionSynchronizationManager#synchronizations同步器中
            return prepareTransactionStatus(
                    definition, null, false, newSynchronization, debugEnabled, suspendedResources);
        }
        // 总是开启一个新的事务。如果一个事务已经存在，则将这个存在的事务挂起。
        if (definition.getPropagationBehavior() == TransactionDefinition.PROPAGATION_REQUIRES_NEW) {
            if (debugEnabled) {
                logger.debug("Suspending current transaction, creating new transaction with name [" +
                        definition.getName() + "]");
            }
            SuspendedResourcesHolder suspendedResources = suspend(transaction);
            try {
                boolean newSynchronization = (getTransactionSynchronization() != SYNCHRONIZATION_NEVER);
                DefaultTransactionStatus status = newTransactionStatus(
                        definition, transaction, true, newSynchronization, debugEnabled, suspendedResources);
                doBegin(transaction, definition);
                prepareSynchronization(status, definition);
                return status;
            }
            catch (RuntimeException | Error beginEx) {
                resumeAfterBeginException(transaction, suspendedResources, beginEx);
                throw beginEx;
            }
        }
        // 如果有事务存在，则运行在一个嵌套的事务中. 如果没有活动事务则按TransactionDefinition.PROPAGATION_REQUIRED 属性执行
        if (definition.getPropagationBehavior() == TransactionDefinition.PROPAGATION_NESTED) {
            if (!isNestedTransactionAllowed()) {
                throw new NestedTransactionNotSupportedException(
                        "Transaction manager does not allow nested transactions by default - " +
                        "specify 'nestedTransactionAllowed' property with value 'true'");
            }
            if (debugEnabled) {
                logger.debug("Creating nested transaction with name [" + definition.getName() + "]");
            }
            if (useSavepointForNestedTransaction()) {
                // Create savepoint within existing Spring-managed transaction,
                // through the SavepointManager API implemented by TransactionStatus.
                // Usually uses JDBC 3.0 savepoints. Never activates Spring synchronization.
                DefaultTransactionStatus status =
                        prepareTransactionStatus(definition, transaction, false, false, debugEnabled, null);
                // 使用当前事务,并增加当前事务的一次引用。        
                status.createAndHoldSavepoint();
                return status;
            }
            else {
                // Nested transaction through nested begin and commit/rollback calls.
                // Usually only for JTA: Spring synchronization might get activated here
                // in case of a pre-existing JTA transaction.
                // 没有新建一个事务
                boolean newSynchronization = (getTransactionSynchronization() != SYNCHRONIZATION_NEVER);
                DefaultTransactionStatus status = newTransactionStatus(
                        definition, transaction, true, newSynchronization, debugEnabled, null);
                doBegin(transaction, definition);
                prepareSynchronization(status, definition);
                return status;
            }
        }

        // Assumably PROPAGATION_SUPPORTS or PROPAGATION_REQUIRED.
        if (debugEnabled) {
            logger.debug("Participating in existing transaction");
        }
        if (isValidateExistingTransaction()) {
            if (definition.getIsolationLevel() != TransactionDefinition.ISOLATION_DEFAULT) {
                Integer currentIsolationLevel = TransactionSynchronizationManager.getCurrentTransactionIsolationLevel();
                if (currentIsolationLevel == null || currentIsolationLevel != definition.getIsolationLevel()) {
                    Constants isoConstants = DefaultTransactionDefinition.constants;
                    throw new IllegalTransactionStateException("Participating transaction with definition [" +
                            definition + "] specifies isolation level which is incompatible with existing transaction: " +
                            (currentIsolationLevel != null ?
                                    isoConstants.toCode(currentIsolationLevel, DefaultTransactionDefinition.PREFIX_ISOLATION) :
                                    "(unknown)"));
                }
            }
            if (!definition.isReadOnly()) {
                if (TransactionSynchronizationManager.isCurrentTransactionReadOnly()) {
                    throw new IllegalTransactionStateException("Participating transaction with definition [" +
                            definition + "] is not marked as read-only but existing transaction is");
                }
            }
        }
        // 
        boolean newSynchronization = (getTransactionSynchronization() != SYNCHRONIZATION_NEVER);
        return prepareTransactionStatus(definition, transaction, false, newSynchronization, debugEnabled, null);
    }

5.5 嵌套事务如何知道是否要提交

当两个Mapper中使用的是同一个SqlSession,那么会不会第二个事务在执行后,就直接commit了呢,此时第一个事务有一次commit。导致异常呢?

解决方案在这里 DefaultTransactionStatus

第二个事务状态中

newTransaction = false
newSynchronization = false

而下面代码中会做校验,只需要同步时候才会提交事务。

protected final void triggerBeforeCommit(DefaultTransactionStatus status) {
        if (status.isNewSynchronization()) {
            if (status.isDebug()) {
                logger.trace("Triggering beforeCommit synchronization");
            }
            TransactionSynchronizationUtils.triggerBeforeCommit(status.isReadOnly());
        }
}

第一个事务状态中

newTransaction = true
newSynchronization = true

才会真正的去执行。

5.6 这样设计是否线程安全

线程安全只有在多线程环境下才会出现。那么这里一定会有多线程问题。而事务是跟线程进行绑定的,所以这里虽然有多线程但是不会有线程安全问题。

但是这里我们看源码线程绑定时候使用的ThreadLocal,所以你在线程中创建子线程或者是线程中使用线程池,这里的事务都不会共享的。

一篇文章带你了解Spring声明式事务的底层实现原理。