并发事务处理：策略、实现与应用

### 并发事务处理：策略、实现与应用 在并发控制的领域中，事务处理是一个核心的概念。不同的事务处理策略和实现方式，对于系统的性能、可靠性和可维护性有着重要的影响。本文将深入探讨并发事务处理的相关知识，包括乐观和保守事务策略、事务参与者的接口与实现、事务的创建过程以及可否决变更的处理方式。 #### 1. 乐观与保守事务策略 在并发控制中，有两种互补的事务策略：乐观事务和保守事务。 - **乐观事务**：参与者可以随时加入事务，但不一定能提交事务。当竞争的可能性较低，且回滚成本可以接受时，乐观策略是最佳选择。 - **保守事务**：参与者不一定能加入事务，但一旦加入，就可以保证提交事务。当事务中执行的操作难以或无法撤销时，保守策略更为合适。 然而，在实际应用中，纯粹的乐观或保守事务策略很少见，并且很容易创建允许混合策略的框架。 #### 2. 事务参与者 事务参与者是事务处理中的关键元素。在结构化事务框架中，每个类除了支持加入、提交、中止和创建事务的方法外，还必须在其公共方法中添加事务控制参数。 方法的形式如下： ```java ReturnType aMethod(Transaction t, ArgType args) throws... ``` 例如，`BankAccount.deposit` 方法的声明如下： ```java void deposit(Transaction t, long amount) throws ... ``` 事务信息必须在事务执行过程中调用的所有方法中传播，包括对辅助对象的嵌套调用。最简单的事务参数是一个唯一标识每个事务的事务键。 此外，一些事务框架可能会采用一些技巧来隐藏事务控制的细节，例如将事务标识符隐藏为线程特定的数据、限制控制范围、通过反射或扫描字节码确定参与者，以及通过序列化组件状态或获取锁来实现半自动化回滚。但这些技巧会带来额外的开销和使用限制，在轻量级事务框架中可能并不值得。 #### 3. 事务参与者的接口 参与者类必须实现定义事务控制方法的接口。以下是一个简单但具有代表性的接口： ```java class Failure extends Exception {} interface Transactor { // 进入新事务，如果可能则返回 true public boolean join(Transaction t); // 如果此事务可以提交，则返回 true public boolean canCommit(Transaction t); // 更新状态以反映当前事务 public void commit(Transaction t) throws Failure; // 回滚状态（无异常；如果不适用则忽略） public void abort(Transaction t); } ``` 此外，还需要一个接口或类来描述 `Transaction` 对象本身。在讨论基本操作时，可以使用一个无操作版本： ```java class Transaction { // 可以在这里添加任何内容 } ``` #### 4. 事务参与者的实现 事务参与者必须同时支持事务参与者接口和描述其基本操作的接口。例如： ```java interface TransBankAccount extends Transactor { public long balance(Transaction t) throws Failure; public void deposit(Transaction t, long amount) throws InsufficientFunds, Failure; public void withdraw(Transaction t, long amount) throws InsufficientFunds, Failure; } ``` 实现事务类的最常见方法是将底层状态表示拆分为单独的辅助类，使用临时操作或检查点方法。这种方法在支持持久化的事务框架中尤为合适。 事务方法的实现可以从乐观到保守策略不等。以下表格总结了使用 `Transaction` 参数 `tx` 调用的方法的端点亮点： | 方法 | 乐观策略 | 保守策略 | | --- | --- | --- | | join | - 创建状态副本并将其与 `tx` 关联（例如在哈希表中），同时记录状态的版本信息<br>- 返回 `true` | - 如果已经参与冲突事务，则返回 `false`，可选地先尝试等待事务完成<br>- 询问操作方法中引用的所有其他对象是否可以加入；如果有任何对象不能加入，则返回 `false`<br>- 备份当前状态，以便在中止时恢复<br>- 记录 `tx` 为当前事务；返回 `true` | | 操作方法 | - 如果 `tx` 不是已知事务，则先加入 `tx`，如果加入失败则失败<br>- 在当前状态上执行基本操作，并/或通过调用其他对象的方法并传递参数 `tx`，记录所有此类对象的标识<br>- 任何失败时，将 `tx` 标记为不可提交 | - 如果 `tx` 不是当前事务，则失败<br>- 在当前状态上执行基本操作，并/或通过调用其他已加入对象的方法并传递参数 `tx`<br>- 任何失败时，将当前事务标记为不可提交 | | abort | - 丢弃与 `tx` 关联的所有簿记信息<br>- 传播到所有其他已知参与者 | - 如果 `tx` 是当前事务，将状态重置为备份副本，并记录没有当前事务<br>- 传播到所有其他已知参与者 | | commit | - 将与 `tx` 关联的表示保存为当前状态<br>- 传播到所有已知参与者<br>- 丢弃备份；记录没有当前事务 | - 传播到所有已知参与者 | | canCommit | - 如果自加入 `tx` 以来发生了任何冲突提交，或者任何其他冲突事务已经承诺提交，则返回 `false`<br>- 询问操作过程中引用的所有其他对象是否可以提交；如果有任何对象不能提交，则返回 `false`<br>- 记录 `tx` 已承诺提交；返回 `true` | - 询问其他参与者，如果有任何参与者不能提交，则返回 `false`<br>- 除非在操作过程中发生本地失败，否则返回 `true` | 以下是一个简单的 `SimpleTransBankAccount` 类的实现示例： ```java class SimpleTransBankAccount implements TransBankAccount { protected long balance = 0; protected long workingBalance = 0; // 单个影子副本 protected Transaction currentTx = null; // 单个事务 public synchronized long balance(Transaction t) throws Failure { if (t != currentTx) throw new Failure(); return workingBalance; } public synchronized void deposit(Transaction t, long amount) throws InsufficientFunds, Failure { if (t != currentTx) throw new Failure(); if (workingBalance < -amount) throw new InsufficientFunds(); workingBalance += amount; ```