Spring事务在多线程下保证原子性

背景

Springboot项目，有个需求，需要提供接口，接口调用方每一次调用时，都会上报大量的数据，接口需要满足以下要求：

• 数据保存要保证数据原子性：要么全部保存成功，要么全部不保存。
• 保证接口性能。

实践发现，即使使用批量保存，接口耗时也高达一秒多，所以需要开启多线程来保存。现在的问题是，在开启多线程保存的情况下，如何保证数据的原子性。

思路

• 开启多线程，每个线程都是使用独立的DB连接。否则由于数据库是串行阻塞操作，最终还是会变成排队操作数据库。
• 依赖spring事务异常回滚机制。
• 有个统一的标识来标识“是否有线程操作失败”。
• 线程如果出现异常：先捕获异常，将标识设置为失败，然后继续抛出异常。
• 线程如果没有异常，在执行的最后，判断标识是失败，也就是“有其他线程有执行失败”，就自定义抛出异常来回滚。
• 通过锁来保证：所有的线程都操作完之后，一起判断标识是否成功；确保不会出现“还有线程的业务未执行完成，其他线程就已经结束工作”。

流程图

失败流程如下：

缺点

多个线程都操作成功，同时提交事务时，如果某个线程在完成commit之前自身发生了奔溃，而其他线程已经commit完成，会导致数据不一致。

代码

@Slf4j
@Component
public class AtomicConcurrentTransactionalExecutor {
    @Autowired
    private TransactionalWorker transactionalWorker;

    /**
     * @param threadWwaitTerminationTimeout
     * @param runnables
     */
    public boolean execute(int threadWwaitTerminationTimeout, Runnable... runnables) {
        int threadSize = runnables.length;
        CyclicBarrier workerCyclicBarrier = new CyclicBarrier(threadSize);
        AtomicInteger successCounter = new AtomicInteger(threadSize);
        ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(threadSize);
        for (Runnable runnable : runnables) {
            executorService.submit(() -> {
                try {
                    transactionalWorker.run(workerCyclicBarrier, successCounter, runnable);
                } catch (Exception e) {
                    log.error("TransactionalWorker current thread execute error before runnable.run！", e);
                }
            });
        }
        ThreadUtils.shutdown(executorService, threadWwaitTerminationTimeout, TimeUnit.SECONDS);
        return successCounter.get() == 0;
    }

    /**
     * @param threadWwaitTerminationTimeout
     * @param threadPollSize
     * @param runnable
     * @return boolean
     * @author minchin
     * @date 2020/2/12 12:33 下午
     */
    public boolean execute(int threadWwaitTerminationTimeout, int threadPollSize, Runnable runnable) {
        Runnable[] runnables = IntStream.range(0, threadPollSize)
                .mapToObj(i -> runnable)
                .toArray(Runnable[]::new);
        return execute(threadWwaitTerminationTimeout, runnables);
    }
}


@Component
@Slf4j
public class TransactionalWorker {

    /**
     * @param workerCyclicBarrier
     * @param successCounter
     * @param runnable
     */
    @Transactional(rollbackFor = Exception.class)
    public void run(CyclicBarrier workerCyclicBarrier, AtomicInteger successCounter, Runnable runnable) {
        boolean isSuccess = false;
        try {
            runnable.run();
            successCounter.decrementAndGet();
            isSuccess = true;
        } catch (Exception e) {
            log.error("TransactionalWorker current thread execute error！", e);
            isSuccess = false;
            throw e;
        } finally {
            try {
                // 如果是数据库操作慢导致长时间阻塞，并不会被线程池中断（Interrupt），也就是会等到数据库操作完成之后，进入到这一步，然后直接报超时异常
                workerCyclicBarrier.await();
            } catch (Exception e) {
                // 等待其他线程时超时
                log.error("TransactionalWorker current thread execute CyclicBarrier.await error!", e);
                if (isSuccess) {
                    // 要回滚计数，否则：假设全部线程都操作成功，但刚好超时，主线程shutdown线程池后，计数为0，会返回成功
                    successCounter.incrementAndGet();
                }
            }
        }
        if (successCounter.get() != 0) {
            log.error("TransactionalWorker other thread execute error, create SystemException to rollback！");
            throw new SystemException("TransactionalWorker other thread execute error, create SystemException to rollback！");
        }
    }
}


@Slf4j
public class ThreadUtils {

    private ThreadUtils() {
    }

    /**
     * @param pool
     * @param awaitTerminationTimeout
     * @param timeUnit
     * @return 如果出现异常，则返回false
     */
    public static boolean shutdown(ExecutorService pool, int awaitTerminationTimeout, TimeUnit timeUnit) {
        try {
            pool.shutdown();
            boolean done = false;
            try {
                done = awaitTerminationTimeout > 0 && pool.awaitTermination(awaitTerminationTimeout, timeUnit);
            } catch (InterruptedException e) {
                log.error("thread pool awaitTermination error!", e);
            }
            if (!done) {
                pool.shutdownNow();
                if(awaitTerminationTimeout > 0) {
                    pool.awaitTermination(awaitTerminationTimeout, timeUnit);
                }
            }
        } catch (Exception e) {
            log.error("thread pool shutdown error!", e);
            return false;
        }
        return true;
    }
}

使用例子

• 同样的业务，拆分多个线程来

return atomicConcurrentTransactionalExecutor.execute(10, 2,
  // 业务
  () -> testService.test1()
}

• 不同的业务，每个线程操作不同的业务

return atomicConcurrentTransactionalExecutor.execute(10,
  // 业务1
  () -> testService.test1(),
  // 业务2
  () -> testService.test2(),
}

注意在使用时，同一个类内，调用内部方法，Spring事务不生效的问题。
任务超时的边界测试还需要严格再测试！