浅析Spring的事务实现原理

前言

在开发Java应用程序中，事务管理是一个非常常见而且非常重要的话题。Spring作为一个开源的企业级应用程序开发框架，其事务管理功能是非常强大的。在本文中，我们将深入浅出的分析Spring的事务实现原理。

Spring事务管理架构

Spring的事务管理是建立在抽象层之上的。其包含了4个不同的类：PlatformTransactionManager、TransactionDefinition、TransactionStatus和事务通知。

1. PlatformTransactionManager负责管理硬件或者传播事务开始于一个事务资源锁定，并作出提交或回滚事务。
2. TransactionDefinition是一组可配置的属性，它定义了事务的一些属性行为，如隔离级别、超时时间等。
3. TransactionStatus是一个接口，它提供了一组方法用来检测和控制事务状态，如提交、回滚等。
4. 事务通知将一个增强（Advice）织入到保存在目标对象中的方法中，并在方法开始前创建一个新的事务，在方法运行完后提交或回滚该事务。

这里以一个简单的转账应用为例子来说明这个事务的实现。下面是一个简单的代码：

public class BankService {

    private BankDao bankDao;

    public BankService(BankDao bankDao) {
        this.bankDao = bankDao;
    }

    public void transfer(int fromAccountId, int toAccountId, double amount) {
        Account fromAccount = bankDao.getAccountById(fromAccountId);
        Account toAccount = bankDao.getAccountById(toAccountId);
        fromAccount.withdraw(amount);
        toAccount.deposit(amount);
        bankDao.updateAccount(fromAccount);
        bankDao.updateAccount(toAccount);
    }
}

Spring事务管理实现原理

Spring的事务管理是使用AOP（面向切面编程），它将事务管理从业务逻辑中抽离出来。通过AOP，为关注点添加声明式事务的要求。Spring容器中默认使用基于AOP拦截器的事务管理，实现了事务管理的声明式处理。在 Spring 的AOP框架中，它支持两种类型的代理：

1. JDK Dynamic Proxy：基于 Java 反射机制实现,所拦截的对象必须至少实现一个接口。
2. CGLIB：继承被代理类实现,所拦截的对象则不必实现任何接口，因为是基于类实现。

Spring将事务的管理织入到需要事务管理的方法上，通过以下三个步骤实现事务管理：

1. 从PlatformTransactionManager中获取一个事务;
2. 开启事务;
3. 在事务中执行方法，成功提交或回滚事务。

这些步骤是通过Spring框架中的AOP在运行时织入的，以下是其实现原理：

@Aspect
@Component
public class TransactionalAspect {

    @Autowired
    private PlatformTransactionManager transactionManager;

    @Pointcut("@annotation(org.springframework.transaction.annotation.Transactional)")
    public void transactionalMethod() {
    }

    @Around("transactionalMethod()")
    public Object applyTransaction(ProceedingJoinPoint joinPoint) throws Throwable {
        TransactionStatus status = transactionManager.getTransaction(new DefaultTransactionDefinition());

        try {
            Object result = joinPoint.proceed();
            transactionManager.commit(status);
            return result;
        } catch (Throwable ex) {
            transactionManager.rollback(status);
            throw ex;
        }
    }
}

上面这段代码就是Spring的事务原理的典型实现，其中注解@Transactional是一个声明式事务注解，在运行时会由TransactionalAspect这个AOP切面所拦截。在该AOP切面里，实现了@Transactional注解下方法的事务控制逻辑。它首先通过PlatformTransactionManager获取一个事务，开启一个事务并执行方法，之后成功提交或回滚这个事务。

示例1

下面是一个示例程序，实现了一个简单的转账服务。

@Service
public class TransferService {

    @Autowired
    private JdbcTemplate jdbcTemplate;

    @Transactional(rollbackFor = Exception.class)
    public void transfer(int fromAccountId, int toAccountId, double amount) {

        double fromBalance = jdbcTemplate.queryForObject("select balance from account where id = ?", Double.class, fromAccountId);

        double toBalance = jdbcTemplate.queryForObject("select balance from account where id = ?", Double.class, toAccountId);

        if (fromBalance >= amount) {// 判断余额是否充足
            jdbcTemplate.update("update account set balance = balance - ? where id = ?", amount, fromAccountId);
            jdbcTemplate.update("update account set balance = balance + ? where id = ?", amount, toAccountId);
        } else {// 如果余额不足，则抛出异常，事务被回滚
            throw new RuntimeException("Insufficient account balance");
        }
    }
}

上面这个代码是一个简单的转账服务，其中transfer方法被加上了@Transactional注解，表示该方法需要在一个事务中进行。其中JdbcTemplate是Spring事务管理对JDBC模板的封装，可以通过该类执行SQL语句。

在执行上诉代码的过程中，如果转账时出现异常，如余额不足等，那么该方法就会抛出一个RuntimeException。由于在该方法上面加了@Transactional注解，因此抛出的异常会被Spring事务管理所捕获，并回滚整个事务，之前的操作也都将被撤销。

示例2

下面是一个Spring Boot Web应用中事务的使用示例。

@RestController
@RequestMapping("/api/users")
public class UserController {

    @Autowired
    private UserService userService;

    @GetMapping("/{id}")
    public User getUserById(@PathVariable Long id) {
        return userService.getUserById(id);
    }

    @PostMapping
    public User createUser(@RequestBody User user) {
        return userService.createUser(user);
    }

    @PutMapping("/{id}")
    public User updateUser(@PathVariable Long id, @RequestBody User user) {
        return userService.updateUser(id, user);
    }

    @DeleteMapping("/{id}")
    public void deleteUser(@PathVariable Long id) {
        userService.deleteUser(id);
    }
}

在上面这段代码中，我们看到在UserController中引入了一个名为userService的服务，实现了查询、创建、更新和删除用户的操作。其中一些方法需要在一个事务中，确保原子性和一致性。

这个简单的示例中并没有显式的使用@Transactional注解，它使用了Spring Boot默认的调度策略。如果我们的Spring Boot应用中引入了JPA或其他ORM框架，那么它可以在所创建的查询方法上自动使用事务。这些事务是在@Repository中定义的。

本文解释了Spring事务管理的工作原理，讲解了事务管理背后的一些设计原则，以及其在Spring应用中的应用。以上的示例代码都是非常实用和有用的，读者可以通过这些示例代码学习到如何在Spring应用程序中使用事务。