在開發企業級應用程式時，交易管理是一個至關重要的概念

交易是一系列操作的集合，這些操作要麼全部成功執行，要麼全部不執行

這種特性保證了資料的一致性和完整性，尤其是在處理複雜的業務邏輯或多個相關操作時

今天，我們將探討如何在 Spring Data JPA 中實現交易管理

資料庫的交易管理

什麼是交易管理？

交易管理（Transaction Management）是一種確保多個資料庫操作要麼全部成功，要麼全部不執行的機制

ACID

交易的基本特性通常被稱為 ACID

• 原子性（Atomicity）：交易中的所有操作要麼全部完成，要麼全部不完成
• 一致性（Consistency）：交易必須使資料庫從一個一致性狀態轉換到另一個一致性狀態
• 隔離性（Isolation）：併發執行的交易之間不會互相影響
• 持久性（Durability）：一旦交易提交 (commit)，其結果就會被永久保存

JPA 的 @Transactional 實作

在 Spring 框架中，交易管理變得相當簡單。Spring 提供了聲明式交易管理，我們只需要通過註解或 XML 配置就可以輕鬆實現交易控制

在使用 Spring Data JPA 時，我們可以使用 @Transactional 註解來實現交易管理

這個註解 @Transactional 可以應用在方法或類別上，來定義該方法或該類別中的所有公開方法都應該在一個交易中執行

@Transactional 註解支持多種屬性來細粒度控制交易行為

• propagation：定義交易的傳播行為
• isolation：定義交易的隔離級別
• timeout：定義交易的超時時間
• readOnly：指定交易是否為只讀
• rollbackFor：指定哪些異常會導致交易回滾

使用 @Transactional 註解時，Spring 會自動處理交易的開始、提交或回滾

如果方法正常結束，交易會被提交；如果拋出異常，交易則會被回滾

文章範例中不會特別說明這幾個屬性，有興趣的讀者可以參考官方文件

新增 TodoService

讓我們來新增一個 TodoService 來加入交易管理

@Service
public class TodoService {

    private final TodoRepository todoRepository;
    
    public TodoService(TodoRepository todoRepository) {
        this.todoRepository = todoRepository;
    }

    @Transactional
    public Todo save(Todo todo) {
        
        // 保存 Todo
        Todo savedTodo = todoRepository.save(todo);
        
        // 假設我們需要進行一些額外的操作
        // 如果這裡拋出異常，整個交易會回滾
        performAdditionalOperations(savedTodo);
        
        return savedTodo;
    }

    @Transactional(readOnly = true)
    public List<Todo> findAll() {
        return todoRepository.findAll();
    }

    private void performAdditionalOperations(Todo todo) {
        // 模擬一些可能會拋出異常的操作
        if (todo.getTitle().length() > 20) {
            throw new RuntimeException("Todo title is too long from TodoService");
        }
    }
}

這裡要先注意的是，@Transactional 應該要匯入 springframework 套件下的，而不是 Jakarta 套件下的

在這個例子中，我們對 save 方法使用了 @Transactional 註解，這意味著方法中的所有資料庫操作都會在同一個交易中執行

如果方法執行過程中拋出任何未捕捉的例外，交易會自動回滾，確保資料的一致性

我們還在 findAll 方法上使用了 @Transactional(readOnly = true)， 這表明該方法只進行讀取操作，不會修改資料，這可以幫助資料庫最佳化查詢效能

修改 Controller

修改 TodoController 來使用 TodoService

@RestController
@RequestMapping("/api/todos")
public class TodoController {

    // 為了方便，在這裡只展示了所增加的相關程式碼

    private final TodoService todoService;

    public TodoController(TodoService todoService) {
        this.todoService = todoService;
    }

    @PostMapping
    public ResponseEntity<MyApiResponse<Todo>> createTodo(@RequestBody Todo todo) {

        Todo savedTodo = todoService.save(todo);
        return ResponseEntity.ok(new MyApiResponse<>(true, savedTodo, null));
    }

    @GetMapping
    public ResponseEntity<MyApiResponse<List<Todo>>> getAllTodos() {

        List<Todo> todos = todoService.findAll();
        return ResponseEntity.ok(new MyApiResponse<>(true, todos, null));
    }
}

測試

新增一個 title 長度大於 20 的資料

### 創建一個新的 Todo
POST http://localhost:8080/api/todos
Content-Type: application/json

{
  "title": "學習 Spring Boot 學習 Spring Boot",
  "completed": false
}

可以看到錯誤是從 TodoService 裡面丟出來的

也可以看到，全部的 Todo 沒有剛才新增的那筆

為什麼要加上 TodoService

在使用 Spring Data JPA 的時候，很多方法會定義在 Repository 的方法上面，而且方法通常是單一的資料庫操作，不需要交易管理

而如果把 交易邊界 放在 Controller 的方法（endpoint）上面的話，會非常奇怪，等於是一整個 HTTP 的行為（操作）都包含在交易管理裡面

再者，一般的業務邏輯也不會直接寫在 Controller 上，會在這兩者之間再加上 Service 層，把業務邏輯寫在 Service 這一層

即 Controller - Service - Repository ，就是一般所謂的三層式架構

後面會直接重構程式碼，變成 Controller - Service - Repository 的三層式架構。就不會在文章中特地說明

交易的優缺點

優點

• 資料一致性：確保多個資料庫操作要麼全部成功，要麼全部失敗
• 簡化錯誤處理：自動回滾失敗的操作，減少手動錯誤處理的工作量
• 提高資料完整性：避免部分操作成功而部分操作失敗的情況

缺點

• 性能開銷：交易管理會帶來一定的性能開銷，特別是在高併發環境下
• 複雜性增加：需要在程式碼中考慮交易的邊界和範圍，增加了程式碼的複雜性
• 潛在的死鎖：不當的交易管理可能導致資料庫的死鎖問題

實務上的建議作法

• 合理劃分交易邊界：避免將過多的操作放在一個交易中，以減少性能開銷
• 避免長時間交易：長時間交易會佔用資料庫連線，應避免在交易中執行耗時的操作
• 處理併發問題：在高併發環境下，應考慮使用適當的鎖機制來避免資料不一致問題

結論

通過使用 @Transactional，我們可以輕鬆地在 Spring Data JPA 中實現交易管理，從而提高應用程式的資料一致性和完整性

然而，過度使用交易可能會影響效能，因為交易管理涉及額外的資料庫操作

因此，我們需要根據具體的業務需求來決定何時使用交易，以及如何配置交易的屬性

同步刊登於 Blog 「Spring Boot API 開發：從 0 到 1」Day 24 JPA 交易管理

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圖片來源：AI 產生

參考連結

• https://docs.spring.io/spring-framework/reference/data-access/transaction.html