事务的概念、四大特性、事务的隔离级别以及Java中的事务

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1.什么是事务

事务(Transaction),一般是指要做的或所做的事情。在计算机术语中是指访问并可能更新数据库中各种数据项的一个程序执行单元(unit)。事务通常由高级数据库操纵语言或编程语言(如SQL,C++或Java)书写的用户程序的执行所引起,并用形如begin transaction和end transaction语句(或函数调用)来界定。事务由事务开始(begin transaction)和事务结束(end transaction)之间执行的全体操作组成。

通常的观念认为,事务仅与数据库相关。
事务必须服从ISO/IEC所制定的ACID原则,即原子性(atomicity)、一致性(consistency)、隔离性
(isolation)和持久性(durability)。

通俗的理解,事务是一组原子操作单元,从数据库角度说,就是一组SQL指令。指是程序中一系列严密的逻辑操作,要么全部执行成功,若因为某个原因其中一条指令执行有错误,则撤销先前执行过的所有指令。更简答的说就是:要么全部执行成功,要么撤销不执行。

既然事务的概念从数据库而来,那Java事务是什么?之间有什么联系?
实际上,一个Java应用系统,如果要操作数据库,则通过JDBC来实现的。增加、修改、删除都是通过相应方法间接来实现的,事务的控制也相应转移到Java程序代码中。因此,数据库操作的事务习惯上就称为Java事务。

2.为什么我们需要事务?事务的作用是什么?

事务是为解决数据安全操作提出的,事务控制实际上就是控制数据的安全访问。

eg:比如银行转帐业务,账户A要将自己账户上的1000元
转到B账户下面,A账户余额首先要减去1000元,然后B账户要增加1000元。假如在中间网络出现了问题,A账户减去1000元已经结束,B因为网络中断而操作失败,那么整个业务失败,必须做出控制,要求A账户转帐业务撤销。这才能保证业务的正确性,完成这个操走就需要事务,将A账户资金减少和B账户资金增加方到一个事务里面,要么全部执行成功,要么操作全部撤销,这样就保持了数据的安全性。

3.事务的四大特性(ACID)

如果一个数据库声称支持事务的操作,那么该数据库必须要具备以下四个特性:

⑴ 原子性(Atomicity)

原子性是指事务包含的所有操作要么全部成功,要么全部失败回滚,这和前面介绍事务的功能是一样的概念,因此事务的操作如果成功就必须要完全应用到数据库,如果操作失败则不能对数据库有任何影响。

⑵ 一致性(Consistency)

一致性是指事务必须使数据库从一个一致性状态变换到另一个一致性状态,也就是说一个事务执行之前和执行之后都必须处于一致性状态。
  
eg:拿转账来说,假设用户A和用户B两者的钱加起来一共是5000,那么不管A和B之间如何转账,转几次账,事务结束后两个用户的钱相加起来应该还得是5000,这就是事务的一致性。

⑶ 隔离性(Isolation)

隔离性是当多个用户并发访问数据库时,比如操作同一张表时,数据库为每一个用户开启的事务,不能被其他事务的操作所干扰,多个并发事务之间要相互隔离。
  
即要达到这么一种效果:对于任意两个并发的事务T1和T2,在事务T1看来,T2要么在T1开始之前就已经结束,要么在T1结束之后才开始,这样每个事务都感觉不到有其他事务在并发地执行。
  
关于事务的隔离性数据库提供了多种隔离级别。
  
⑷ 持久性(Durability)

持久性是指一个事务一旦被提交了,那么对数据库中的数据的改变就是永久性的,即便是在数据库系统遇到故障的情况下也不会丢失提交事务的操作。

例如我们在使用JDBC操作数据库时,在提交事务方法后,提示用户事务操作完成,当我们程序执行完成直到看到提示后,就可以认定事务以及正确提交,即使这时候数据库出现了问题,也必须要将我们的事务完全执行完成,否则就会造成我们看到提示事务处理完毕,但是数据库因为故障而没有执行事务的重大错误。

4.事务的隔离级别

当多个线程都开启事务操作数据库中的数据时,数据库系统要能进行隔离操作,以保证各个线程获取数据的准确性,在介绍数据库提供的各种隔离级别之前,我们先看看如果不考虑事务的隔离性,会发生的几种问题:

1.脏读

脏读是指在一个事务处理过程里读取了另一个未提交的事务中的数据。

当一个事务正在多次修改某个数据,而在这个事务中这多次的修改都还未提交,这时一个并发的事务来访问该数据,就会造成两个事务得到的数据不一致。例如:用户A向用户B转账100元,对应SQL命令如下

    update account set money=money+100 where name=’B’;  (此时A通知B)

    update account set money=money - 100 where name=’A’;

当只执行第一条SQL时,A通知B查看账户,B发现确实钱已到账(此时即发生了脏读),而之后无论第二条SQL是否执行,只要该事务不提交,则所有操作都将回滚,那么当B以后再次查看账户时就会发现钱其实并没有转。

2.不可重复读

不可重复读是指在对于数据库中的某个数据,一个事务范围内多次查询却返回了不同的数据值,这是由于在查询间隔,被另一个事务修改并提交了。

例如事务T1在读取某一数据,而事务T2立马修改了这个数据并且提交事务给数据库,事务T1再次读取该数据就得到了不同的结果,发生了不可重复读。

不可重复读和脏读的区别是,脏读是某一事务读取了另一个事务未提交的脏数据,而不可重复读则是读取了前一事务提交的数据。

在某些情况下,不可重复读并不是问题,比如我们多次查询某个数据当然以最后查询得到的结果为主。但在另一些情况下就有可能发生问题,例如对于同一个数据A和B依次查询就可能不同,A和B就可能打起来了

3.虚读(幻读)

幻读是事务非独立执行时发生的一种现象。例如事务T1对一个表中所有的行的某个数据项做了从“1”修改为“2”的操作,这时事务T2又对这个表中插入了一行数据项,而这个数据项的数值还是为“1”并且提交给数据库。而操作事务T1的用户如果再查看刚刚修改的数据,会发现还有一行没有修改,其实这行是从事务T2中添加的,就好像产生幻觉一样,这就是发生了幻读。

幻读和不可重复读都是读取了另一条已经提交的事务(这点就脏读不同),所不同的是不可重复读查询的都是同一个数据项,而幻读针对的是一批数据整体(比如数据的个数)。

现在来看看MySQL数据库为我们提供的四种隔离级别:

① Serializable (串行化):可避免脏读、不可重复读、幻读的发生。

② Repeatable read (可重复读):可避免脏读、不可重复读的发生。

③ Read committed (读已提交):可避免脏读的发生。

④ Read uncommitted (读未提交): 最低级别,任何情况都无法保证。

以上四种隔离级别最高的是Serializable级别,最低的是Read uncommitted级别,当然级别越高,执行效率就越低。像Serializable这样的级别,就是以锁表的方式(类似于Java多线程中的锁)使得其他的线程只能在锁外等待,所以平时选用何种隔离级别应该根据实际情况。在MySQL数据库中默认的隔离级别为Repeatable read (可重复读)。

在MySQL数据库中,支持上面四种隔离级别,默认的为Repeatable read (可重复读);而在Oracle数据库中,只支持Serializable (串行化)级别和Read committed (读已提交)这两种级别,其中默认的为Read committed级别。

在MySQL数据库中查看当前事务的隔离级别:

    select @@tx_isolation;

在这里插入图片描述

在MySQL数据库中设置事务的隔离级别:

    set  [glogal | session]  transaction isolation level 隔离级别名称;

    set tx_isolation=’隔离级别名称;

将事务的隔离级别设置为Read uncommitted级别:
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
设置数据库的隔离级别一定要是在开启事务之前!

如果是使用JDBC对数据库的事务设置隔离级别的话,也应该是在调用Connection对象的setAutoCommit(false)方法之前。调用Connection对象的setTransactionIsolation(level)即可设置当前链接的隔离级别,至于参数level,可以使用Connection对象的字段:
在这里插入图片描述
在JDBC中设置隔离级别的部分代码:

Connection conn = null;
Statement st = null;
ResultSet rs = null;
try{
     conn = JdbcUtils.getConnection();
     //设置该链接的隔离级别
     conn.setTransactionIsolation(Connection.TRANSACTION_SERIALIZABLE);
     conn.setAutoCommit(false);   //开启事务
}

**隔离级别的设置只对当前链接有效。**对于使用MySQL命令窗口而言,一个窗口就相当于一个链接,当前窗口设置的隔离级别只对当前窗口中的事务有效;对于JDBC操作数据库来说,一个Connection对象相当于一个链接,而对于Connection对象设置的隔离级别只对该Connection对象有效,与其他链接Connection对象无关。

5.Java中的事务

Java事务的类型有三种:JDBC事务、JTA(Java Transaction API)事务、容器事务。

1.JDBC事务

在JDBC中处理事务,都是通过Connection完成的。同一事务中所有的操作,都在使用同一个Connection对象。JDBC事务默认是开启的,并且是默认提交。
JDBC Connection 接口提供了两种事务模式:自动提交和手工提交

JDBC中的事务java.sql.Connection 的三个方法与事务有关:
setAutoCommit(boolean):设置是否为自动提交事务,如果true(默认值为true)表示自动提交,也就是每条执行的SQL语句都是一个单独的事务,如果设置为false,需要手动提交事务。
commit():提交结束事务。
rollback():回滚结束事务。

传统JDBC操作流程:

1).获取JDBC连接 2).声明SQL 3).预编译SQL 4).执行SQL 5).处理结果集
6).释放结果集 7).释放Statement 8).提交事务 9).处理异常并回滚事务 10).释放JDBC连接

JDBC优缺点:1.冗长、重复 2.显示事务控制 3.每个步骤不可获取 4.显示处理受检查异常

JDBC为使用Java进行数据库的事务操作提供了最基本的支持。通过JDBC事务,我们可以将多个SQL语句放到同一个事务中,保证其ACID特性。JDBC事务的主要优点就是API比较简单,可以实现最基本的事务操作,性能也相对较好。但是,JDBC事务有一个局限:一个 JDBC 事务不能跨越多个数据库!所以,如果涉及到多数据库的操作或者分布式场景,JDBC事务就无能为力了。

2.JTA事务

JTA(Java Transaction API)提供了跨数据库连接(或其他JTA资源)的事务管理能力。JTA事务管理则由JTA容器实现,J2ee框架中事务管理器与应用程序,资源管理器,以及应用服务器之间的事务通讯。

1)JTA的构成
a、高层应用事务界定接口,供事务客户界定事务边界的
b、X/Open XA协议(资源之间的一种标准化的接口)的标准Java映射,它可以使事务性的资源管理器参与由外部事务管理器控制的事务中
c、高层事务管理器接口,允许应用程序服务器为其管理的应用程序界定事务的边界

2)JTA的主要接口位于javax.transaction包中
a、UserTransaction接口:让应用程序得以控制事务的开始、挂起、提交、回滚等。由Java客户端程序或EJB调用。
b、TransactionManager 接口:用于应用服务器管理事务状态
c、Transaction接口:用于执行相关事务操作
d、XAResource接口:用于在分布式事务环境下,协调事务管理器和资源管理器的工作
e、Xid接口:为事务标识符的Java映射

注:前3个接口位于Java EE版的类库 javaee.jar 中,Java SE中没有提供!UserTransaction是编程常用的接口,JTA只提供了接口,没有具体的实现。

JTS(Java Transaction Service)是服务OTS的JTA的实现。简单的说JTS实现了JTA接口,并且符合OTS的规范。

JTA的事务周期可横跨多个JDBC Connection生命周期,对众多Connection进行调度,实现其事务性要求。

JTA可以处理任何提供符合XA接口的资源。包括:JDBC连接,数据库,JMS,商业对象等等。

3)JTA编程的基本步骤
a、首先配置JTA ,建立相应的数据源
b、建立事务:通过创建UserTransaction类的实例来开始一个事务。代码如下:

Context ctx = new InitialContext(p) ;

UserTransaction trans = (UserTransaction) ctx.lookup("javax. Transaction.UserTransaction")

c、开始事务: trans.begin() ;
d、找出数据源:从Weblogic Server上找到数据源
DataSource ds = (DataSource) ctx.lookup(“mysqldb") ;
e、建立数据库连接:Connection mycon = ds.getConnection() ;
f、执行SQL操作:stmt.executeUpdate(sqlS);
g、完成事务:trans.commit(); / trans.rollback();
h、关闭连接:mycon.close() ;

JTA的优缺点:

JTA的优点很明显,就是提供了分布式事务的解决方案,严格的ACID。但是,标准的JTA方式的事务管理在日常开发中并不常用。

JTA的缺点是实现复杂,通常情况下,JTA UserTransaction需要从JNDI获取。这意味着,如果我们使用JTA,就需要同时使用JTA和JNDI。

JTA本身就是个笨重的API,通常JTA只能在应用服务器环境下使用,因此使用JTA会限制代码的复用性。

3、Spring容器事务

Spring事务管理的实现有许多细节,如果对整个接口框架有个大体了解会非常有利于我们理解事务,下面通过讲解Spring的事务接口来了解Spring实现事务的具体策略。

Spring事务管理涉及的接口及其联系:
在这里插入图片描述
Spring并不直接管理事务,而是提供了多种事务管理器,他们将事务管理的职责委托给Hibernate或者JTA等持久化机制所提供的相关平台框架的事务来实现。 Spring事务管理器的接口是org.springframework.transaction.PlatformTransactionManager,通过这个接口,Spring为各个平台如JDBC、Hibernate等都提供了对应的事务管理器,但是具体的实现就是各个平台自己的事情了。

Public interface PlatformTransactionManager{  
       // 由TransactionDefinition得到TransactionStatus对象
       TransactionStatus getTransaction(TransactionDefinition definition) throws TransactionException;
    // 提交
       Void commit(TransactionStatus status) throws TransactionException;  
       // 回滚
       Void rollback(TransactionStatus status) throws TransactionException;  
}
 

1)、Spring JDBC事务
如果应用程序中直接使用JDBC来进行持久化,DataSourceTransactionManager会为你处理事务边界。为了使用 DataSourceTransactionManager,你需要使用如下的XML将其装配到应用程序的上下文定义中:

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

2)、Hibernate事务

如果应用程序的持久化是通过Hibernate实现的,那么你需要使用HibernateTransactionManager。对于Hibernate3,需要在Spring上下文定义中添加如下的

<bean>声明:

<bean id="transactionManager" class="org.springframework.orm.hibernate3.HibernateTransactionManager">
     <property name="sessionFactory" ref="sessionFactory" />
</bean>
 

sessionFactory属性需要装配一个Hibernate的session工厂,HibernateTransactionManager的实现细节是它将事务管理的职责委托给org.hibernate.Transaction对象,而后者是从Hibernate Session中获取到的。当事务成功完成时,HibernateTransactionManager将会调用Transaction对象的commit()方法,反之,将会调用rollback()方法。

3)、Java持久化API事务(JPA)

Hibernate多年来一直是事实上的Java持久化标准,但是现在Java持久化API作为真正的Java持久化标准进入大家的视野。如果你计划使用JPA的话,那你需要使用Spring的JpaTransactionManager来处理事务。你需要在Spring中这样配置JpaTransactionManager:

<bean id="transactionManager" class="org.springframework.orm.jpa.JpaTransactionManager">
     <property name="sessionFactory" ref="sessionFactory" />
</bean>

JpaTransactionManager只需要装配一个JPA实体管理工厂(javax.persistence.EntityManagerFactory接口的任意实现)。JpaTransactionManager将与由工厂所产生的JPA EntityManager合作来构建事务。

基本的事务属性的定义:

事务管理器接口PlatformTransactionManager通过getTransaction(TransactionDefinition definition)方法来得到事务,这个方法里面的参数是TransactionDefinition类,这个类就定义了一些基本的事务属性。

事务属性可以理解成事务的一些基本配置,描述了事务策略如何应用到方法上。
事务属性包含了5个方面:传播行为、隔离规则、回滚规则、事务超时、是否只读

TransactionDefinition:

public interface TransactionDefinition {
    int getPropagationBehavior(); // 返回事务的传播行为
    int getIsolationLevel(); // 返回事务的隔离级别,事务管理器根据它来控制另外一个事务可以看到本事务内的哪些数据
    int getTimeout();  // 返回事务必须在多少秒内完成
    boolean isReadOnly(); // 事务是否只读,事务管理器能够根据这个返回值进行优化,确保事务是只读的
}

7种传播行为:

PROPAGATION_REQUIRED:如果当前没有事务,就新建一个事务,如果已经存在一个事务中,加入到这个事务中。这是最常见的选择。

PROPAGATION_SUPPORTS:支持当前事务,如果当前没有事务,就以非事务方式执行。

PROPAGATION_MANDATORY:支持当前事务,如果当前没有事务,就抛出异常。

PROPAGATION_REQUIRES_NEW:**新建事务,如果当前存在事务,把当前事务挂起。

PROPAGATION_NOT_SUPPORTED:以非事务方式执行操作,如果当前存在事务,就把当前事务挂起。

PROPAGATION_NEVER:以非事务方式执行,如果当前存在事务,则抛出异常。

虽然有7种,但是常用的就第一种REQUIRED和第四种REQUIRES_NEW

五个隔离级别:

**ISOLATION_DEFAULT:**这是一个PlatfromTransactionManager默认的隔离级别,使用数据库默认的事务隔离级别.

另外四个与JDBC的隔离级别相对应;

**ISOLATION_READ_UNCOMMITTED:**这是事务最低的隔离级别,它充许别外一个事务可以看到这个事务未提交的数据。

这种隔离级别会产生脏读,不可重复读和幻像读。

**ISOLATION_READ_COMMITTED:**保证一个事务修改的数据提交后才能被另外一个事务读取。另外一个事务不能读取该事务未提交的数据。

这种事务隔离级别可以避免脏读出现,但是可能会出现不可重复读和幻像读。

**ISOLATION_REPEATABLE_READ:**这种事务隔离级别可以防止脏读,不可重复读。但是可能出现幻像读。

它除了保证一个事务不能读取另一个事务未提交的数据外,还保证了避免下面的情况产生(不可重复读)。

**ISOLATION_SERIALIZABLE:**这是花费最高代价但是最可靠的事务隔离级别。事务被处理为顺序执行。

除了防止脏读,不可重复读外,还避免了幻像读。

事务的属性可同通过注解方式或配置文件配置:

注解方式:

@Transactional只能被应用到public方法上,对于其它非public的方法,如果标记了@Transactional也不会报错,但方法没有事务功能.
默认情况下,一个有事务方法, 遇到RuntimeException 时会回滚 . 遇到 受检查的异常 是不会回滚 的. 要想所有异常都回滚,要加上 @Transactional( rollbackFor={Exception.class,其它异常})

@Transactional(
    readOnly = false, //读写事务
    timeout = -1 ,     //事务的超时时间,-1为无限制
    noRollbackFor = ArithmeticException.class, //遇到指定的异常不回滚
    isolation = Isolation.DEFAULT, //事务的隔离级别,此处使用后端数据库的默认隔离级别
    propagation = Propagation.REQUIRED //事务的传播行为
)

配置文件( aop拦截器方式):

<tx:advice id="advice" transaction-manager="txManager">
          <tx:attributes>
            <!-- tx:method的属性:
                * name 是必须的,表示与事务属性关联的方法名(业务方法名),对切入点进行细化。通配符 
                     (*)可以用来指定一批关联到相同的事务属性的方法。
                      如:'get*''handle*''on*Event'等等.
                * propagation:不是必须的,默认值是REQUIRED表示事务传播行为,
                  包括REQUIRED,SUPPORTS,MANDATORY,REQUIRES_NEW,NOT_SUPPORTED,NEVER,NESTED
                * isolation:不是必须的 默认值DEFAULT ,表示事务隔离级别(数据库的隔离级别)
                * timeout:不是必须的 默认值-1(永不超时),表示事务超时的时间(以秒为单位)
                * read-only:不是必须的 默认值false不是只读的表示事务是否只读?
                * rollback-for: 不是必须的表示将被触发进行回滚的 Exception(s);以逗号分开。
                   如:'com.foo.MyBusinessException,ServletException'
                * no-rollback-for:不是必须的表示不被触发进行回滚的 Exception(s),以逗号分开。                                        
                   如:'com.foo.MyBusinessException,ServletException'   
                任何 RuntimeException 将触发事务回滚,但是任何 checked Exception 将不触发事务回滚                     
            -->
             <tx:method name="save*" propagation="REQUIRED" isolation="DEFAULT" read-only="false"/>
             <tx:method name="update*" propagation="REQUIRED" isolation="DEFAULT" read-only="false"/>
             <tx:method name="delete*" propagation="REQUIRED" isolation="DEFAULT" read-only="false"  rollback-for="Exception"/>
             <!-- 其他的方法之只读的 -->
             <tx:method name="*" read-only="true"/>
          </tx:attributes>
</tx:advice>

参考博客链接:
https://www.cnblogs.com/fjdingsd/p/5273008.html
https://blog.csdn.net/weixin_37934748/article/details/82774230

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