数据库连接和事务以及线程之间的关系

• 数据库连接和事务以及线程之间的关系
  • 一、概述
  • 二、事务
    • 1、什么是事务？
    • 3、为什么需要事务？
    • 4、事务本质
    • 5、事务是怎么做到同时成功，同时失败呢？
  • 三、深入理解数据库连接和事务
    • 0、前言
    • 1.、Java事务控制的基本单位 ： java.sql.Conection
    • 2、 java.sql.Connection-有限的系统资源
      • 2.1、 数据库最多支持多少Connection连接？
    • 3、 java.sql.Connection对象本身的特性— 线性操作和可以不限次数执行SQL事务操作
    • 3、如何在Java中实现对java.sql.Connection对象的线性操作？
      • 3.1、 一个线程的整个生命周期中，可以独占一个java.sql.Connection 连接吗？
      • 3.1 Java多线程访问同一个java.sql.Connection会有什么问题？
      • 3.2 Java多线程访问同一个java.sql.Connection 的原则
    • 4. 当一个事务结束，java.sql.Connection实例有必要释放销毁吗？
    • 5. 连接池 ---- 统一管理java.sql.Connection的容器
  • 6、总结

一、概述

最近在研究事务的时候，找到的一些好的文章，下面来总结一下。

二、事务

1、什么是事务？

数据库中的事务就相当于是一个完整的业务逻辑，事务中的操作是最小工作单元，不可分割，要么同时成功，要么同时失败

事务只会增对于增删改操作，也就是所谓的DML语句：insert、update、delete；如果是查询的话，需要来使用事务。

只要是涉及到对数据的增删改操作，就要考虑着面临事务的问题。

3、为什么需要事务？

如果全天下的业务逻辑中，只需要一个DML语句就能够操作完成业务的时候，就不需要涉及到事务机制。

但正是因为一个DML语句完成不了，，所以才需要事务机制，来保证多个DML语句在一个完整的业务逻辑中。

正是因为在做某个事情的时候，需要多个DML语句联合起来才能够完成，所以才能够体现出来事务的价值。

4、事务本质

多个DML语句要么同时成功，要么同时失败，不允许成功一部分，也不允许只是失败一部分。

数据就是批量的DML语句，要么同时成功，要么同时失败；

5、事务是怎么做到同时成功，同时失败呢？

InnoDB:提供了一组用来记录事务性活动的日志文件

事务开启了
insert 
update
update
insert
事务结束了

DML语句会记录到事务性活动日志中，在事务执行过程中，可以提交事务，也可以回滚事务。

提交事务：相当于是在事务性活动日志中记录一下，最终数据库接收到请求，说是要事务性活动日志保存到数据库表中，

将数据全部持久到数据库表中；并将事务性文件进行清空；提交是全部成功的结束。

回滚事务：将之前在事务性活动日志中的记录全部清空，将之前的DML操作全部取消。结束是全部失败的结束

自动提交之后，无法回滚了，回滚点就在于上一次提交之后的地方

三、深入理解数据库连接和事务

0、前言

Spring作为Java框架王者，当前已经是基础容器框架的实际标准。Spring 除了提供了 IoC、AOP特性外，还有一个极其核心和重要的特性：数据库事务。事务管理涉及到的技术点比较多，想完全理解需要花费一定的时间，本系列《Spring设计思想-事务篇》将通过如下几个方面来阐述Spring的数据库事务：

• 数据库连接java.sql.Connection的特性、事务表示、以及和Java线程之间的天然关系；
• 数据库的隔离级别和传播机制
• Spring 基于事务和连接池的抽象和设计
• Spring 事务的实现原理

而本文作为《Spring设计思想-事务篇》 的开篇，将深入数据库连接(java.sql.Connection对象)的特性、事务表示以及和Java线程之间的天然关系。懂得了底层的基本原理，在这些基础的概念之上再来理解Spring 事务，就会容易很多。

1.、Java事务控制的基本单位 ： java.sql.Conection

在Java中，使用了java.sql.Connection实例来表示应用和数据库的一个连接，通信的方式目前基本上采用的是TCP/IP 连接方式。通过对Connection进行一系列的事务控制。

可能有人有如下的想法： 既然java.sql.Connection可以完成事务操作，那我在写代码的时候，直接创建一个然后使用不就行了？ 然而在事实上，我们并不能这么做，这是因为，java.sql.Connection和数据库之间有非常紧密的关系，其数据库的资源是很有限的。

2、 java.sql.Connection-有限的系统资源

应用程序和数据库之间建立 Connection连接，而数据库机器会为之分配一定的线程资源来维护这种连接，连接数越多，消耗数据库的线程资源也就越多；

另外不同的connection实例之间，可能会操作相同的表数据，也就是高并发，为了支持数据库对ACID特性的支持，数据库又会牺牲更多的资源。

简单地来说，建立Connection连接，会消耗数据库系统的如下资源：

上述的几种资源会限制数据库的链接数和处理性能。

结论： 数据库资源是比较宝贵的有限资源，当应用程序有数据库连接需求过大时，很容易会达到数据库的连接并发瓶颈。 关于创建Connection过程的开销，可以参考 《深入理解mybatis原理》 Mybatis数据源与连接池 第五节 “为什么要使用连接池？”

2.1、 数据库最多支持多少Connection连接？

以 MYSQL为例，可以通过如下语句查询数据库的最大支持情况：

-- 查看当前数据库最多支持多少数据库连接
show variables like '%max_connections%';
-- 设置当前运行时mysql的最大连接数，服务重启连接数将还原
set GLOBAL max_connections = 200;
-- 修改 my.ini 或者my.cnf 配置文件
max_connections = 200;

数据库的连接数设置的越大越好吗？ 肯定不是的，连接数越大，对使用大量的线程维护，伴随着大量的线程上下文切换，并且与此同时，连接数越多，表数据锁使用的概率会更大，反而会导致整体数据库的性能下降。具体的设置范围，应当具体的业务背景来调优。

3、 java.sql.Connection对象本身的特性— 线性操作和可以不限次数执行SQL事务操作

java.sql.Connection 本身有如下两个比较关键的特性：

• 线性操作：即在当前数据库连接操作的时序上，事务和事务之间的执行是线性排开依次执行的

• 当建立了 java.sql.Connection 连接后，可以不限次数执行事务SQL请求 ，由于Connection对象的通信值基于TCP/IP协议的，当初始化后在手动关闭之前和数据库保持心跳存活连接。所以，可以使用Connection对象执行不限次数的SQL语句请求，包括事务请求 。

• 注意！！ 这个看似比较简单的表述，在实际使用过程中非常重要，数据库连接池就是基于此特性建立的

如下图所示：

有上图所示，对于java.sql.Connection对象的操作，一般会遵循序列化的事务操作模式，即：一个新事务的开启，必须在上一个事务完成之后(如果存在的话)；

换成另外一种表述方式就是：对connection的操作必须是线性的。

3、如何在Java中实现对java.sql.Connection对象的线性操作？

3.1、 一个线程的整个生命周期中，可以独占一个java.sql.Connection 连接吗？

Java中，当然一个线程可以在整个生命周期独占一个java.sql.Connection，使用该对象完成各种数据库操作。因为一个线程内的所有操作都是同步的和线性的。然而，在实际的项目中，并不会这样做，原因有两个：

• Java中的线程数量可能远超数据库连接数量，会出现僧多粥少的情况

  • 如上面章节1.2中提到的，一个MYSQL服务器的最大连接数量是有上限的，例子中提到的就是上限200;而在稍微大型一点的Java WEB项目中，光用户的HTTP请求线程数，就不止200个，这样就会出现部分线程无法获取到数据库连接，进而无法完成业务操作。

  ​

• Java线程在工作过程中，真正访问JDBC数据库连接所占用的时间比例很短

  • 线程在接收到用户请求后，有很多业务逻辑需要处理：比如参数校验，权限验证，数值计算，然后持久化结果；其中可能只有持久化结果环节需要访问JDBC数据库连接,其余的时间范围内，JDBC数据库连接 都是空闲状态。换言之，如果线程整个生命周期中独占JDBC数据库连接，那么，整个连接池的空闲率很高，使用率很低。

    ​

    ​

    综上所述，Java线程和JDBC数据库连接的关系如下：

结论： 结合上述的两个症结，为了提高JDBC数据库连接的使用效率，目前普遍的解决方案是：当线程需要做数据库操作时，才会真正请求获取JDBC数据库连接,线程使用完了之后，立即释放，被释放的JDBC数据库连接等待下次分配使用 基于这个结论，会衍生两个问题需要解决：

• Java多线程访问同一个java.sql.Connection会有什么问题？如何解决？
• JDBC数据库连接 如何管理和分配？(这个解决方案是：连接池，后面章节会详细阐述)

通过上述的图示中，可以看到，一个数据库连接对象,在线程进行事务操作时，线程在此期间内是独占数据库连接对象的，也就是说，在事务进行期间，有一个非常重要的特性，就是：数据库连接对象可以吸附在线程上，我把这种特性称之为事务对象的线程吸附性 这种特性，正是由于这种特性，在Spring实现上，使用了基于线程的ThreadLocal来表示这种线程依附行为。

3.1 Java多线程访问同一个java.sql.Connection会有什么问题？

Java多线程访问同一个java.sql.Connection会导致事务错乱。例如：现有线程thread #1 和线程thread #2,两个线程会有如下数据库操作:

*thread #1*: update xxx; update yyy; commit;

*thread #2*: delete zzz; insert ttt; rollback;

语句执行的序列在connection对象上，可能表现成了： delete zzz; update xxx; insert ttt; rollback; update yyy; commit;

有上图可以看到，Thread #1的请求 update xxx 被thread #2回退掉，导致语句丢失，thread #1的事务不完整

3.2 Java多线程访问同一个java.sql.Connection 的原则

解决上述事务不完整的问题，从本质上而言，就是多线程访互斥资源的方法。

多线程互斥访问资源的方式在Java中的实现方式有很多，如下使用有一个最简单的使用 synchronized 关键字来实现 :

java.sql.Connection sharedConnection = <创建流程>
## thread #1 的业务伪代码：

synchronized(sharedConnection){
         `update xxx`;    
         `update yyy`;  
         `commit`;
}
## thread #2 的业务伪代码：

synchronized(sharedConnection){
       `delete zzz`;   
       `insert ttt`; 
       `rollback`;
}

上述的伪代码在执行上能够体现成如下的形式，即同一时间内，只有一个线程占用Connection对象。

假设Thread #2先获取到了Connection锁，如下图所示：

存在的问题 那上述的流程还有有点问题：假如 thread #2 在执行语句 delete zzz,insert ttt,rollback 的过程中，在insert ttt之前有一段业务代码抛出了异常，导致语句只执行到了 delete zzz，这会导致在connection对象上有一个尚未提交的delete zzz请求; 当thread #1拿到了connection 对象的锁之后，接着执行 update xxx; update yyy; commit; 即:在两个线程执行完了之后，对connection的操作为delete zzz; update xxx; update yyy; commit; 示例如下：

解决方案： 确保每个线程在使用Connection对象时，最终要明确对Connection做commit 或者rollback。 调整后的伪代码如下所示：

java.sql.Connection sharedConnection = <创建流程>
## thread #1 的业务伪代码：

synchronized(sharedConnection){
       try{
         ` update xxx`;    
         `update yyy`;  
         `commit`;
       } catch(Exception e){
          `rollback`; 
      }
}
## thread #2 的业务伪代码：

synchronized(sharedConnection){
       try{
       `delete zzz`;   
       `insert ttt`; 
       `rollback`;
       } catch(Exception e){
          `rollback`; 
      }
}

综上所述，解决多个线程访问同一个Connection对象时，必须遵循两个基本原则：

• 以资源互斥的方式访问Connection对象；
• 在线程执行结束时，应当最终及时提交(commit)或回滚(rollback)对Connection的影响；不允许存在尚未被提交或者回滚的语句。

4. 当一个事务结束，java.sql.Connection实例有必要释放销毁吗？

正常情况下，我们在写业务代码时，会有类似的流程：

1. 创建一个java.sql.Connection实例；
2. 基于java.sql.Connection 做相关事务提交操作
3. 销毁java.sql.Connection 实例

而实际上，在第三步骤，是完全没有必要销毁java.sql.Connection 实例的，这是因为，在第二章节我们介绍的Connection的性质：**当建立了 ****java.sql.Connection** 连接后，可以不限次数执行事务SQL请求。 也就是说，当此次事务结束后，我可以紧接着使用这个Connection对象开启下一个事务。 另外，由于创建一个java.sql.Connection实例的代价本身就比较大，笔者测试的数据库建立Connection的时间，一般都在至少0.1s级别，如果每一个事务在执行的时候，都要花费额外的0.1s 来做连接，会严重影响当前服务的性能和吞吐量。

结合上面的叙述，目前的做法，在完成事务后，并不会销毁java.sql.Connection实例，而是将其回收到连接池中。

5. 连接池 ---- 统一管理java.sql.Connection的容器

一般连接池需要如下几个功能：

1. 管理一批Connection对象，一般会有连接数上限设置；
2. 为每一个获取Connection请求做资源分配；如果资源不足，设置等待时间
3. 根据实际Connection的使用情况，为了提高系统之间的利用率，动态调整连接池中Connection对象的数量，如应用实际使用的连接数比较少时，会自动关闭掉一些处于无用状态的连接；当请求量大的时候，再动态创建。

目前比较流行的几个连接池解决方案有：HikariCP, 阿里的Druid, apache的DBCP等，具体的实现不是本文的重点，有兴趣的同学可以研究下。

来源：亦山札记 https://blog.csdn.net/luanlouis

来源： 逆天而行大元帅 https://www.cnblogs.com/shenjianxin/p/15378866.html

最后小技巧PROPAGATION_NOT_SUPPORTED(仅仅为了让Spring能获取ThreadLocal的connection),

如果不使用事务,但是同一个方法多个对数据库操作,那么使用这个传播行为可以减少消耗数据库连接

6、总结

一、事务操作是为了完成一个复杂的业务逻辑，完整的业务逻辑需要同时保证失败或者成功，这里是体现了事务的价值的地方。

二、数据库连接的特性：

• 1、资源消耗。创建数据库连接需要消耗数据库内存资源，并需要线程为维持；不同数据库连接操作同一张表，可能会造成锁表情况发生；
• 2、事务是基于数据库连接之上的；在同一条数据库连接上，要遵循事务线性执行，也就是说一个事务从开启到关闭期间，只有当前一个事务在执行；
• 3、多个线程同时操作同一个数据库连接，因为不确定多个线程在同一个数据连接上操作事务的时候，事务是在何时进行提交或者是回滚的，那么就有可能造成其他线程上对数据库操作是有影响的。

三、从应用连接数据库，数据库需要维持一定的资源来保证外部应用能够连接，同时利用ACID特性保证多个连接操作同一个数据库；

四、和线程之间的关系。在一个线程的生命周期中，从一个数据库连接创建开始，到使用数据库连接开始事务，到事务提交，到关闭数据库连接期间，这可能只是在线程在使用到数据库的时候才会来使用到。但是使用数据库连接开启事务、提交事务这个过程对于整个线程的生命周期来说，这是一个相对短暂的过程。

而且，线程只会在使用到了数据库连接的时候才会来使用，使用完成就销毁，将数据库连接保存到线程上，也是一个不错的选择。

五、数据库连接上的事务应该是按照线性排列的，在一个数据库连接可以执行无数次SQL，按照顺序来进行执行。