漢莫拉比

要想了解Spring的事務(wù)，首先要了解數(shù)據(jù)庫事務(wù)的基本知識，數(shù)據(jù)庫并發(fā)會產(chǎn)生很多問題，Spring使用ThreadLocal技術(shù)來處理這些問題，那么我們必須了解Java的ThreadLocal技術(shù)。下面我們逐一了解。

要想了解Spring的事務(wù)，首先要了解數(shù)據(jù)庫事務(wù)的基本知識，數(shù)據(jù)庫并發(fā)會產(chǎn)生很多問題，Spring使用ThreadLocal技術(shù)來處理這些問題，那么我們必須了解Java的ThreadLocal技術(shù)。下面我們逐一了解。

第一回合：數(shù)據(jù)庫事務(wù)的基本知識

什么是數(shù)據(jù)庫事務(wù)？

一次執(zhí)行多個SQL語句，全部執(zhí)行成功則成功，有一個執(zhí)行失敗則全部失敗。即“一榮俱榮，一損俱損”。

數(shù)據(jù)庫的事務(wù)必須同時滿足下列四個條件：

l  原子性（Atomic）：比如數(shù)據(jù)庫一次執(zhí)行四個SQL語句，那么這四個SQL就是宏觀的一個不可分割單元，“一榮俱榮，一損俱損”。全部執(zhí)行成功則成功，有一個執(zhí)行失敗則全部失敗。三分歸元氣。

l  一致性（Consistency）：整個事務(wù)不管成功了還是失敗了，整個數(shù)據(jù)庫的狀態(tài)和規(guī)則不能變化。即：A賬戶轉(zhuǎn)賬100元到B賬戶，這個事務(wù)過程結(jié)束后前后，數(shù)據(jù)庫中總的賬戶金額是不變的。

l  隔離性（Isolation）：不同的事務(wù)并發(fā)執(zhí)行時，各自擁有不同的數(shù)據(jù)空間，你走你的陽關(guān)道，我走我的獨木橋，互不干擾。

但并非完全不干擾，數(shù)據(jù)庫規(guī)定了事務(wù)隔離級別，隔離級別越高，數(shù)據(jù)的一致性越好，并發(fā)性越弱。

l  持久性（Durability）：一旦事務(wù)提交成功，事務(wù)中的所有數(shù)據(jù)操作都必須被持久化到數(shù)據(jù)庫中。

這樣一來，即使剛提交完，數(shù)據(jù)庫就崩潰，當(dāng)重啟數(shù)據(jù)庫之后，也可以根據(jù)已經(jīng)保存（持久化）的操作來恢復(fù)數(shù)據(jù)。

一致性是結(jié)果，其他三個是手段。

• 數(shù)據(jù)庫管理一般采用重執(zhí)行日志保證原子性、一致性和持久性。
• 重執(zhí)行日志記錄了數(shù)據(jù)庫變化的每一個動作。這樣，即使數(shù)據(jù)庫事務(wù)在執(zhí)行了一部分操作后發(fā)生錯誤退出，可以根據(jù)重執(zhí)行日志來撤銷已經(jīng)執(zhí)行的操作。
• 對于已經(jīng)提交的事務(wù)，即使數(shù)據(jù)庫崩潰，再重啟數(shù)據(jù)庫時也能夠根據(jù)日志對尚未持久化的數(shù)據(jù)進行相應(yīng)的重執(zhí)行操作。
• 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)庫鎖機制來保證事務(wù)的隔離性（正如Java采用對象鎖機制進行線程同步。）

 

數(shù)據(jù)并發(fā)的問題

 

多個客戶端同時操作一個數(shù)據(jù)庫，該并發(fā)過程就可能引起并發(fā)問題：

 

l  臟讀(dirty read)：A事務(wù)讀取B事務(wù)尚未提交的數(shù)據(jù)并進行一系列操作，結(jié)果B事務(wù)執(zhí)行了回滾，那么這時，A事務(wù)讀到的數(shù)據(jù)就是不被認(rèn)可的，是臟數(shù)據(jù)。

 

l  不可重復(fù)讀(unrepeatable read):比如：A開始了查詢事務(wù)，B開始了提款事務(wù)。A第一次查詢余額為1000元，這時B提取100元，A第二次查詢余額時，變成了900元，與第一次查詢的余額不同。

 

l  幻象讀（phantom read）：一般發(fā)生在計算統(tǒng)計數(shù)據(jù)的事務(wù)中。比如；銀行正在統(tǒng)計所有賬戶的存款總額，統(tǒng)計出來為10000元。這時正好新增了一個賬戶，存款1000元。再次統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)總額為11000元，與前一次統(tǒng)計不同。

 

不可重復(fù)讀是指讀到了更改的數(shù)據(jù)（一般情況下需要添加行級鎖，阻止操作中的數(shù)據(jù)變化），而幻象讀是指讀到了新增的數(shù)據(jù)（往往需要添加表級鎖，將整個表鎖定）。

 

l  第一類丟失更新：目前賬戶余額1000元，A開始事務(wù)-->B開始事務(wù)-->B匯入100元，余額改為1100元-->B提交事務(wù)àA取出100元，把余額改為900元-->A撤銷事務(wù)-->余額恢復(fù)為1000元（丟失更新）。

 

A事務(wù)撤銷時，把B提交的更新數(shù)據(jù)給覆蓋了。

 

l  第二類丟失更新：B開始事務(wù)-->A開始事務(wù)-->B查詢余額為1000元-->A查詢余額為1000元-->B取出100元，把余額改為900元-->B提交事務(wù)-->A匯入100元-->A提交事務(wù)-->A把余額改為1100元（丟失更新）。

　　A在提交事務(wù)時，把B所做的操作丟失。

 

JDBC對事務(wù)的支持

 

  Connection默認(rèn)情況下是自動提交的。

  為了把多個事務(wù)當(dāng)成一個事務(wù)執(zhí)行，就必須強制阻止自動提交（第五行）。

 

第二回合：ThreadLocal

 

l  Spring通過各種模板類降低了開發(fā)者使用各種持久技術(shù)的難度。

l  這些模板類都是線程安全的。

l  模板類需要綁定數(shù)據(jù)連接或者會話的資源。

l  這些資源本身是非線程安全的。

l  雖然模板類通過資源池獲取連接或者會話，

l  但是資源池解決的是數(shù)據(jù)連接或者資源的緩存問題，

l  而不是線程安全問題。

l  按照慣例，采用synchronized進行線程同步。

l  但是該線程同步機制解決具體問題時，開發(fā)難度大、降低并發(fā)性、影響系統(tǒng)性能。

l  所以，模板類并未采用線程同步機制。

l  那么，模板類究竟采用什么方式保證線程安全的呢？

l  答案：ThreadLocal！

ThreadLocal是什么？

 

ThreadLocal，顧名思義，它不是一個線程，而是線程的一個本地化對象。多線程程序使用ThreadLocal維護變量時，每一個線程將拿到該變量的一個副本，從而，每個線程對各自變量的副本的更改都不會影響到其他線程。

一個ThreadLocal實例

 

  上例很簡單，三個線程都拿到Integer對象的副本，該Integer對象的初始化值設(shè)置為0，然后各自修改，互不影響。

  除了set、get、initialValue之外，ThreadLocal還有一個方法：remove(),該方法將當(dāng)前變量副本從該線程中刪除，減少內(nèi)存的占用。

與Thread同步機制的比較

 

• 在同步機制中，通過對象的鎖機制保證同一時間只有一個線程訪問變量，該變量是多個線程共享的，那么，每個線程在什么時候可以對變量讀寫，什么時候要對該對象加鎖，什么時候釋放對象鎖等，都要準(zhǔn)確判斷，邏輯復(fù)雜，編寫難度大。

 

• ThreadLoacl為每一個線程提供一個變量的副本，隔離了多線程訪問數(shù)據(jù)的沖突。ThreadLocal提供了線程安全的對象封裝，在編寫多線程代碼時，可以把不安全的變量封裝進ThreadLocal。

 

　　總之，對多線程共享的問題，同步機制采用了”以時間換空間，訪問串行化，對象共享化”。而ThreadLocal則是“以空間換時間，訪問并行化，對象獨享化”。前者只提供一份變量，讓不同的線程排隊訪問，而后者為每一個線程都提供了一份變量，因此可以同時訪問而互不影響。

Spring與ThreadLocal

有狀態(tài)就是有數(shù)據(jù)存儲功能。有狀態(tài)對象(Stateful Bean)，就是有實例變量的對象，可以保存數(shù)據(jù)，是非線程安全的。在不同方法調(diào)用間不保留任何狀態(tài)。

 

無狀態(tài)就是一次操作，不能保存數(shù)據(jù)。無狀態(tài)對象(Stateless Bean)，就是沒有實例變量的對象.不能保存數(shù)據(jù)，是不變類，是線程安全的。

 

  一般情況下，只有無狀態(tài)bean才可以在多線程環(huán)境下共享（既然沒有狀態(tài)，不能保存數(shù)據(jù)，隨便共享啦）

  在spring中，絕大部分Bean都可以聲明為singleton作用域。（如果在<bean>中指定Bean的作用范圍是scopt="prototype",那么系統(tǒng)將bean返回給調(diào)用者，spring就不管了（如果兩個實例調(diào)用的話，每一次調(diào)用都要重新初始化，一個實例的修改不會影響另一個實例的值。如果指定Bean的作用范圍是scope="singleton"，則把bean放到緩沖池中，并將bean的引用返回給調(diào)用者。這個時候，如果兩個實例調(diào)用的話，因為它們用的是同一個引用，任何一方的修改都會影響到另一方。））

  正因為Spring對一些Bean(RequestContextholder、TransactionSynchronizationManager、LocaleContextHolder等)中非線程安全的”狀態(tài)性對象”采用ThreadLocal封裝，讓它們成為線程安全的”狀態(tài)性對象”，因此有狀態(tài)的bean就能夠以singleton方式在多線程中正常工作了。

Spring對有狀態(tài)bean的改造思路

非線程安全：

  由于第8行的conn是非線程安全的成員變量，

  因此addTopic()方法也是非線程安全的，

  每次使用時都必須新創(chuàng)建一個TopicDao實例(非singleton)。

對非線程安全的conn進行改造：

 

上例僅為了簡單說明原理，并不做深究，例子粗糙，并不能在實際環(huán)境中使用，還有很多要考慮的其他問題。

 

 

第三回合：Spring對事務(wù)管理的支持

 

 

•  不管選擇Spring JDBC,Hibernate，JPA還是iBatis，Spring都讓我們可以用統(tǒng)一的編程模型進行事務(wù)管理。

 

•   Spring事務(wù)管理有幾個主要的抽象父類，在事務(wù)管理的運作過程中各司其職，主要的功能：

 

 　　　　 描述事務(wù)的隔離級別、超時時間、是否只讀等。

 

  　　　　定義事務(wù)的屬性，比如事務(wù)隔離（當(dāng)前事務(wù)與其他事務(wù)的隔離程度）、事務(wù)傳播、事務(wù)超時、只讀狀態(tài)等。

 

  　　　　描述事務(wù)的具體運行狀態(tài)。

 

•  對應(yīng)不同的持久化技術(shù)，Spring事務(wù)管理封裝了具體的實現(xiàn)類。每一種實現(xiàn)類對應(yīng)的配置方式有所不同。

 

•   Spring使用ThreadLocal技術(shù)給不同線程提供各自的數(shù)據(jù)連接副本。

 

•  Spring通過事務(wù)傳播行為來處理事務(wù)嵌套調(diào)用時的運作。

 

•  Spring聲明式事務(wù)管理是通過AOP實現(xiàn)的，通過聲明性信息，Spring負(fù)責(zé)將事務(wù)管理增強邏輯動態(tài)織入到業(yè)務(wù)方法的連接點中。這些邏輯包括：獲取線程綁定資源、開始事務(wù)、提交/回滾事務(wù)、進行異常轉(zhuǎn)換和處理等。

 

•   基于tx/aop命名空間配置事務(wù)：在XML中配置目標(biāo)類、事務(wù)管理器、增強類、定義切面，引入增強等。

 

• 使用注解配置聲明式事務(wù)：@Transactional。