Java开发工程师(Web方向)

第4章--事务

事务原理与开发

事务Transaction： 

什么是事务？

事务是并发控制的基本单位，指作为单个逻辑工作单元执行的一系列操作，且逻辑工作单元需满足ACID特性。

i.e. 银行转账：开始交易；张三账户扣除100元；李四账户增加100元；结束交易。

事务的特性：ACID

原子性 Atomicity：整个交易必须作为一个整体来执行。（要么全部执行，要么全部不执行）

一致性 Consistency：整个交易总体资金不变

隔离性 Isolation：

case1: 若张三给李四转账过程中，赵五给张三转账了200元。两个交易并发执行。

T1   T2

读取张三余额100；

                              读取张三余额100；

给李四转账100，

更新张三余额为0；

交易结束                  赵五转入200，

                              更新张三余额为300

交易结束

case2: 脏读：张三给别人转账100之后张三存钱200，存钱后转账由于系统原因失败回滚。

读取一个事务未提交的更新

T1 T2

读取张三余额100

(转账) 更新张三余额0

读取张三余额0

T1 Rollback() (存钱) 更新张三余额200

T2结束（张三账户余额为200）

case3: 不可重复读：同一个事务，两次读取同一数值的结果不同，成为不可重复读。

T1张三读取自己余额为100；T2读取张三余额100；T2存钱更新为300；T1张三读取余额为300。T1中两次读取张三余额即为不可重复读。

case4: 幻读：两次读取的结果包含的行记录不一样。

T1读取所有用户（张三、李四）；T2新增用户赵五；T1读取所有用户（3个）；T1/T2结束。T1中两次读取的结果中行记录数不同，称为幻读。

 

需要避免上述cases的产生

隔离性：交易之间相互隔离，在一个交易完成之前，不能受到其他交易的影响

持久性 Durability：整个交易过程一旦结束，无论出现任何情况，交易都应该是永久生效的

使用JDBC进行事务控制：

Connection类中

.setAutoCommit()：开启事务（若为false，则该Connection对象后续的sql都将作为事务来处理；若为true，则该Connection对象后续的所有sql都将作为单独的语句执行（默认为true））

.commit()：事务被提交，即事务生效并结束

.rollback()：回滚，回退到事务开始之前的状态

i.e.

ALTER TABLE user ADD Account int;
UPDATE User SET Account = 100 WHERE id = 1;
UPDATE User SET Account = 0 WHERE id > 1;

实现ZhangSi(1)给LiSan(2)转账的过程：

(非事务：)

public static void TransferNonTransaction() {
    Connection conn = null;
    PreparedStatement ptmt = null;
    
    try {
        conn = DriverManager.getConnection(DB_URL, USER_NAME, PASSWORD);
        String sql = "UPDATE User SET Account = ? WHERE userName = ? AND id = ?;";
        // transfer 100 from ZhangSi(1) to LiSan(2)
        ptmt = conn.prepareStatement(sql);
        ptmt.setInt(1, 0);
        ptmt.setString(2, "ZhangSi");
        ptmt.setInt(3, 1);
        ptmt.execute();

        ptmt.setInt(1, 100);
        ptmt.setString(2, "LiSan");
        ptmt.setInt(3, 2);
        ptmt.execute();
    } catch (SQLException e) {
        e.printStackTrace();
    } finally {
        try {
            if (conn != null) conn.close();
            if (ptmt != null) ptmt.close();
        } catch (SQLException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

执行完第一个ptmt.execute()后，数据库中ZhangSi的Account=0, LiSan的Account=0；

出现了一个中间状态，对于整个业务逻辑的实现是不可接受的。如果此时程序崩溃了将不可挽回。

(事务：)

public static void TransferByTransaction() {
    Connection conn = null;
    PreparedStatement ptmt = null;
    try {
        conn = DriverManager.getConnection(DB_URL, USER_NAME, PASSWORD);
        
        // Using Transaction mechanism
        conn.setAutoCommit(false);
        String sql = "UPDATE User SET Account = ? WHERE userName = ? AND id = ?;";
        ptmt = conn.prepareStatement(sql);
        ptmt.setInt(1, 0);
        ptmt.setString(2, "ZhangSi");
        ptmt.setInt(3, 1);
        ptmt.execute();

        ptmt.setInt(1, 100);
        ptmt.setString(2, "LiSan");
        ptmt.setInt(3, 2);
        ptmt.execute();
        
        // Commit the transaction
        conn.commit();
        
    } catch (SQLException e) {
        // if something wrong happens, rolling back
        if(conn != null) {
            try {
                conn.rollback();
            } catch (SQLException e1) {
                e1.printStackTrace();
            }
        }
        e.printStackTrace();
    } finally {
        try {
            if (conn != null) conn.close();
            if (ptmt != null) ptmt.close();
        } catch (SQLException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

若在第一个ptmt.execute()时断点，并查询数据库，结果为事务执行之前的状态，并不是中间状态。

直到conn.commit()方法执行完毕，事务中的所有操作在数据库中才有效。

Connection类中的检查点功能：

.setSavePoint()：在执行过程中创建保存点，以便rollback()可以回滚到该保存点

.rollback(SavePoint savePoint)：回滚到某个检查点

i.e.

public static void rollbackTest() {
    Connection conn = null;
    PreparedStatement ptmt = null;
    // save point
    Savepoint sp = null;
    try {
        conn = DriverManager.getConnection(DB_URL, USER_NAME, PASSWORD);
        
        conn.setAutoCommit(false);
        String sql = "UPDATE User SET Account = ? WHERE userName = ? AND id = ?;";
        ptmt = conn.prepareStatement(sql);
        ptmt.setInt(1, 0);
        ptmt.setString(2, "ZhangSi");
        ptmt.setInt(3, 1);
        ptmt.execute();
        // create a save point
        sp = conn.setSavepoint();

        ptmt.setInt(1, 100);
        ptmt.setString(2, "LiSan");
        ptmt.setInt(3, 2);
        ptmt.execute();

        // throw an exception manually for the purpose of testing
        throw new SQLException();
        
    } catch (SQLException e) {
        // if something wrong happens, rolling back to the save point created before
        // and then transfer the money to Guoyi(3)
        if(conn != null) {
            try {
                conn.rollback(sp);
                System.out.println("Transfer from ZhangSi(1) to LiSan(2) failed;
"
                        + "Transfer to GuoYi(3) instead");
                
                // other operations
                ptmt.setInt(1, 100);
                ptmt.setString(2, "GuoYi");
                ptmt.setInt(3, 3);
                ptmt.executeQuery();
                conn.commit();
            } catch (SQLException e1) {
                e1.printStackTrace();
            }                     
        }
        
        e.printStackTrace();
    } finally {
        try {
            if (conn != null) conn.close();
            if (ptmt != null) ptmt.close();
        } catch (SQLException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

事务的隔离级别：4个级别

读未提交（read uncommited)：可能导致脏读

读提交（read commited)：不可能脏读，但是会出现不可重复读

重复读（repeatable read)：不会出现不可重复读，但是会出现幻读

串行化（serializable）：最高隔离级别，不会出现幻读，但严格的并发控制、串行执行导致数据库性能差

N.B. 1. 事务隔离级别越高，数据库性能越差，但对于开发者而言编程难度越低。

  2. MySQL默认事务隔离级别为重复读 repeatable read

JDBC设置隔离级别：

Connection对象中，

.getTransactionIsolation();

.setTransactionIsolation();

 

死锁分析与解决

上节讲到数据库的隔离性，开发者一般会使用加锁来保证隔离性，但会遇到死锁的问题。

场景：

数据库：

ID	UserName	Account	Corp
1	ZhangSan	100	Ali
2	Lisi	0	Ali

 

事务1：张三给李四转账100元钱

事务2：张三和李四的单位改为Netease

 

事务持锁：

MySQL是以行加锁的方式来避免不同事务对同一行数据的修改

事务1对张三这行记录的修改要使用到对这一行的行锁。

事务2同时并发执行，事务2先修改李四的行记录的Corp，使用了对李四的行锁。

事务1想要更新李四记录，需要持有李四的行锁，但是事务2占据了李四的行锁，于是事务1等待事务2执行完成后对李四行锁的释放。

事务2想要更新张三记录，需要持有张三的行锁，但是事务1占据了张三的行锁，于是事务2等待事务1执行完成后对张三行锁的释放。

事务1和事务2相互等待，两个事务都无法继续进行。

-->死锁

死锁：

两个或两个以上的事务在执行过程中，因争夺锁资源而造成的一种互相等待的现象。

死锁产生的必要条件：

互斥：并发执行的事务为了进行必要的隔离保证执行正确，在事务结束前，需要对修改的数据库记录持锁，保证多个事务对相同数据库记录串行修改。对于大型并发系统而言是无法避免的。

请求和保持：一个事务需要申请多个资源，并且已经持有一个资源，在等待另一个资源锁。死锁仅发生在请求两个或者两个以上的锁对象时。由于业务需要修改多行数据库记录，难以避免。

不剥夺：已经获得锁资源的事务，在未执行完成前，不能被强制剥夺，只能使用完时由事务自己释放。一般用于已经出现死锁时，通过破坏该条件达到解除死锁的目的--数据库系统通常通过一定的死锁检测机制发现死锁，强制回滚持有锁的代价相对较小的事务，让另外一个事务执行完毕，就能解除死锁的问题。

环路等待：发生死锁时，必然存在一个事务-锁的环形链，如事务1因为锁1等待事务2，事务2因为锁2等待事务1、等等。产生原因：每个事务获取锁的顺序不一致导致。解决方法：按照同一顺序获取锁，可以破坏该条件。通过分析死锁事务之间的锁竞争关系，调整SQL的顺序，达到消除死锁的目的。i.e. 若事务1和事务2刚开始都想获取锁1，就不会形成环路，就不会出现环路等待，不会出现死锁了。----按序获取锁资源：预防死锁。

MySQL中的锁：

排它锁 X：与其他任何锁都是冲突的

共享锁 S：多个事务可以共享一把锁。若事务1获取了共享锁，事务二还想获取共享锁，则不需等待（是兼容的）

欲加锁 已有锁	X	S
X	冲突	冲突
S	冲突	兼容

 

加锁方式：

外部加锁：由应用程序执行特定sql语句进行显式添加，锁依赖关系较容易分析

共享锁（S)：select * from table lock in share mode;

排它锁（X)：select * from table for update;

内部加锁：

为了实现ACID特性，由数据库系统内部自动添加。

加锁规则繁琐，与SQL执行计划、事务隔离级别、表索引结构有关。

哪些SQL需要持有锁？

不需要：快照读：Innodb实现了多版本控制（MVCC），支持不加锁快照读。所有select语句不加锁，可以保证同一个select的结果集是一致的。但是不能保证同一个事物内部，select语句和其他语句的数据一致性，如果业务需要，需通过外部显式加锁。

需要：当前读：

加了外部锁的select语句

Update from table set ......

Insert into ......

Delete from table ......

SQL加锁分析：

i.e. 

ID	UserName	Account	Corp
1	ZhangSan	100	Ali
2	LiSi	0	Ali

Update user set account = 0 where id = 1;

update语句直接在ID=1行数据处加排它锁，此时若为select操作 (是快照读)，则不会被阻塞。

Select UserName from user where id = 1 in share mode;

该语句对行记录加了共享锁，此时若其他事务也对该行记录加共享锁，是不会阻塞的

分析死锁的常用办法：

MySQL数据库会自动分析死锁并回滚代价最小的事务处理死锁。

但是开发人员需要在死锁处理以后避免死锁再次发生。

show engine innodb status;

其中有发生死锁时相关的sql语句，也会列出被系统强制回滚的事务

分析死锁产生的原因，可以通过改变sql顺序等操作有效避免死锁再次产生。

事务单元测试

本次得分为：70.00/70.00, 本次测试的提交时间为：2017-08-25

1单选(5分)

事务的隔离性是指？

• A.一个事务一旦提交成功，则事务对数据的改变将永久生效。
• B.事务包含的所有操作，要么全部完成，要么全部不完成。
• C.事务执行前和事务执行后，数据必须处于一致的状态。
• D.一个事务内部的操作及使用的数据对并发的其他事务是隔离的。�5.00/5.00

2单选(5分)

设有两个事务T1、T2，其并发操作如图所示，下面描述正确的是：

• A.该操作读取“脏”数据。�5.00/5.00
• B.该操作存在更新丢失。
• C.该操作不可重复读。
• D.该操作保证ACID特性。

3单选(5分)

JDBC 实现事务控制，开启事务使用哪个方法？

• A..setSavePoint()
• B..commit()
• C..setAutoCommit(false)�5.00/5.00
• D..rollback()

4单选(5分)

以下哪个事务隔离级别不存在脏读，但是存在不可重复读？

• A.read uncommitted
• B.repeatable read
• C.read committed�5.00/5.00
• D.serializable

5单选(5分)

以下哪项不是死锁产生的必要条件？

• A.单个事务。�5.00/5.00
• B.互斥。
• C.不剥夺。
• D.环路等待。

6单选(5分)

关于死锁描述不正确的是？

• A.MySQL数据库会自动解除死锁，随机回滚一个事务，解除事务持有的锁资源。�5.00/5.00
• B.单个事务是不会发生死锁的。
• C.Show engine innodb status 可以查看发生死锁的SQL语句。
• D.死锁产生的根本原因是由于两个事务之间的加锁顺序问题。

7多选(40分)

以下描述正确的是？

• A.为了预防死锁，在完成应用程序时，必须做到按序加锁，这主要是破坏死锁必要条件的不剥夺条件。
• B.MySQL 数据库实现了多版本控制，支持快照读，读不加锁。�20.00/40.00
• C.在MySQL中存在共享锁和排他锁两种加锁模式，一个事务对某行记录加了共享锁，则另外一个事务无论是添加共享锁还是排他锁，都可以添加。
• D.MySQL数据库实现了事务死锁检测和解决机制，数据库系统一旦发现死锁，会自动强制回滚代价最小的事务，解除死锁。

事务作业

事务的单元作业，包括一道编程题目。 

1（100分）

有一个在线交易电商平台，有两张表，分别是库存表和订单表，如下：

现在买家XiaoMing在该平台购买bag一个，需要同时在库存表中对bag库存记录减一，同时在订单表中生成该订单的相关记录。

请编写Java程序，实现XiaoMing购买bag逻辑。订单表ID字段为自增字段，无需赋值。

答：

创建数据库：

mysql> CREATE TABLE Inventory (
    -> ID int auto_increment primary key,
    -> ProductName varchar(20) not null,
    -> Inventory int not null);
mysql> INSERT INTO Inventory VALUES (null, "watch", 25);
mysql> INSERT INTO Inventory VALUES (null, "bag", 20);
mysql> CREATE TABLE Orders ( 
    -> Id int auto_increment primary key, 
    -> Buyer varchar(20) not null, 
    -> ProductName varchar(20) not null);

业务逻辑：

public static void purchase() throws ClassNotFoundException {
    Connection conn = null;
    PreparedStatement ptmt = null;
    ResultSet rs = null;
    String sql = "";
    int currNumberofBags = -1;
    String buyer = "XiaoMing";
    String productToBuy = "bag";
     
    Class.forName(DRIVER_NAME);
    try {
        conn = DriverManager.getConnection(DB_URL, USER_NAME, PASSWORD);
         
        conn.setAutoCommit(false);
        // the number of bags in the inventory
        sql = "SELECT Inventory FROM Inventory WHERE ProductName = ?";
        ptmt = conn.prepareStatement(sql);
        ptmt.setString(1, productToBuy);
        rs = ptmt.executeQuery();
        if (rs.next()) {
            currNumberofBags = rs.getInt("Inventory");
        }
        if (currNumberofBags > 0) {
            // Buy one bag
            sql = "UPDATE Inventory SET Inventory = ? WHERE ProductName = ?";
            ptmt = conn.prepareStatement(sql);
            ptmt.setInt(1, currNumberofBags-1);
            ptmt.setString(2, productToBuy);
            ptmt.execute();
             
            sql = "INSERT INTO Orders VALUES (null, ?, ?);";
            ptmt = conn.prepareStatement(sql);
            ptmt.setString(1, buyer);
            ptmt.setString(2, productToBuy);
            ptmt.execute();
        }
        conn.commit();
    } catch (SQLException e) {
        e.printStackTrace();
        try {
            conn.rollback();
        } catch (SQLException e1) {
            e1.printStackTrace();
        }
    } finally {
        try {
            if (conn != null) conn.close();
            if (ptmt != null) ptmt.close();
            if (rs != null) rs.close();
        } catch (SQLException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}
 
public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
    purchase();
}

第一次执行后：

mysql> select * from inventory;
+----+-------------+-----------+
| Id | ProductName | Inventory |
+----+-------------+-----------+
|  1 | watch       |        25 |
|  2 | bag         |        19 |
+----+-------------+-----------+
2 rows in set (0.00 sec)
 
mysql> select * from orders;
+----+----------+-------------+
| Id | Buyer    | ProductName |
+----+----------+-------------+
|  3 | XiaoMing | bag         |
+----+----------+-------------+
1 row in set (0.00 sec)

第二次执行后：

mysql> select * from inventory;
+----+-------------+-----------+
| Id | ProductName | Inventory |
+----+-------------+-----------+
|  1 | watch       |        25 |
|  2 | bag         |        18 |
+----+-------------+-----------+
2 rows in set (0.00 sec)
 
mysql> select * from orders;
+----+----------+-------------+
| Id | Buyer    | ProductName |
+----+----------+-------------+
|  3 | XiaoMing | bag         |
|  4 | XiaoMing | bag         |
+----+----------+-------------+
2 rows in set (0.00 sec)