트랜잭션

본 게시글은 인프런 김영한 선생님 강의 스프링 DB 1편을 완강하고 배운 것을 남기고자 적은 포스팅입니다.

강의 링크는 아래와 같습니다.

https://www.inflearn.com/course/%EC%8A%A4%ED%94%84%EB%A7%81-db-1/dashboard

스프링 DB 1편 - 데이터 접근 핵심 원리 - 인프런 | 강의

이번에는 트랜잭션에 관해 알아보겠다. 쓰다가 전부 날라가서 다시 쓰는데 이토록 슬플수가 ㅠㅠ

트랜잭션

데이터를 저장할 때 파일 시스템이 아닌 데이터베이스를 쓰는데는 다양한 이유가 있다.
그중 큰 이유가 바로 트랜잭션이라는 개념을 데이터베이스가 지원하기 때문이다.
트랜잭션은 하나의 작업을 수행하는 데 필요한 데이터베이스의 연산들을 모아놓은 것으로,
데이터베이스에서 논리적인 작업의 단위가 된다. 

예를 들어 A 작업과 B 작업이 있다고 생각하자. A작업을 처리하고 B 작업도 성공해야지 안정적으로 작업을 마무리한 것이다.
그러나 B 작업을 실패했는데, A 작업은 성공했다. 이럴 경우에는 문제가 발생하게 된다.
A 작업이 돈을 꺼내고, B 작업이 돈을 넣는 작업이라고 생각해보자. 돈을 넣었는데 기록이 없다면 그 돈은 증발해버린 것이다.
트랜잭션을 사용하면 A작업과 B작업을 시도하기 전으로 돌아갈 수 있다. 결과적으로 돈이 증발하지 않는다.
모든 작업이 성공해서 데이터베이스에 정상 반영되는 것을 커밋이라 하고, 작업 중 하나라도 실패하면 거래 이전으로 되돌리는 것을 롤백이라고 한다.

트랜잭션 특징 (ACID)

• 원자성
  트랜잭션의 연산들이 모두 정상적으로 실행되거나 하나도 실행되지 않아야 하는 all-or-nothing 방식을 의미한다.
  만약 트랜잭션 수행 도중 장애가 발생한다면 지금까지 실행한 연산 처리를 모두 취소하고,
  데이터베이스를 트랜잭션 작업 전상태로 되돌려야 함.
• 일관성
  트랜잭션이 성공적으로 수행된 후에도 데이터베이스가 일관된 상태를 유지해야 함을 의미
• 격리성
  고립성이라고도 하며 수행 중인 트랜잭션이 완료될 때까지 다른 트랜잭션들이 중간 연산 결과에 접근할 수 없음을 의미.
  격리성의 보장을 위해서는 여러 트랜잭션이 동시에 수행되더라도 마치 순서대로 하나씩 수행되는 것처럼 정확하고 일관된 결과를 얻을 수 있도록 제어하는 기능이 필요.
• 지속성
  트랜잭션이 성공적으로 완료된 후 데이터베이스에 반영한 수행 결과는 영구적이어야 함을 의미.

트랜잭션은 원자성, 일관성, 지속성을 보장한다.
문제는 격리성인데 트랜잭션 간에 격리성을 완벽히 보장하려면 트랜잭션을 거의 순서대로 실행해야 한다.
이렇게 하면 동시 처리 성능이 매우 나빠진다.
이런 문제로 인해 ANSI 표준은 트랜잭션의 격리 수준을 4단계로 나누어 정의했다.

트랜잭션 격리 수준 isolation level

• READ UNCOMMITED : 커밋되지 않은 읽기 (사용 X)
• READ COMMITTED : 커밋된 읽기 (보편적, 이것을 기준으로 설명한다)
• REPEATABLE READ : 반복 가능한 읽기
• SERIALIZABLE : 직렬화 가능 (사용 X)

트랜잭션에 관한 이야기는 아래 포스팅에서 확인 가능하다.

https://devdebin.tistory.com/32?category=971742 

회복과 병행 제어

데이터베이스 연결 구조와 DB 세션

데이터베이스 연결 구조

• 사용자는 WAS나 DB 접근 툴을 같은 클라이언트를 사용해서 데이터베이스 서버에 접근할 수 있다. 
  클라이언트는 데이터베이스 서버에 연결을 요청하고 커넥션을 맺게 된다. 
• 이때 데이터베이스 서버는 내부에 세션이라는 것을 만든다. 그리고 앞으로 커넥션을 통한 모든 요청은 이 세션을 통해서 실행한다.
• 커넥션을 10개 만들면 세션도 10개가 생긴다
• 개발자가 클라이언트를 통해 쿼리문을 전달하면 현재 커넥션에 연결된 세션에서 쿼리문을 실행한다.
• 세션은 트랜잭션을 시작하고, 커밋 또는 롤백을 통해 트랜잭션을 종료한다. 이후에 다시 새로운 트랜잭션을 시작할 수 있다.
• 사용자가 커넥션을 닫거나, 또는 DBA가 세션을 강제로 종료하면 세션은 종료된다.

커밋과 롤백

• 데이터 변경 쿼리를 실행하고 데이터베이스에 그 결과를 반영하려면 커밋 명령어인 commit를 호출하고,
  결과를 반영하고 싶지 않으면 롤백 명령어인 rollback을 호출하면 된다.
• 커밋을 호출하기 전까지는 임시로 데이터를 저장하는 것이다. 전공 시간에 필자는 이 상황을 부분 완료라고 배웠다.
  따라서 트랜잭션을 시작한 세션에게만 변경 데이터가 보이고 다른 세션에게는 변경 데이터가 보이지 않는다.
• 커밋하지 않은 데이터를 다른 곳에서 조회하면 데이터 정합성 문제가 발생한다.
• 따라서 커밋으로 새로운 데이터가 데이터베이스에 반영되어야 다른 세션에서 이를 조회할 수 있다.

자동 커밋

자동 커밋으로 설정하면 각각의 쿼리 실행 직후에 자동으로 커밋을 호출한다.

따라서 커밋이나 롤백을 직접 호출하지 않아도 되는 편리함이 있다.

하지만 쿼리를 하나하나 실행할 때마다 자동으로 커밋이 되어버리기 때문에 우리가 원하는 트랜잭션 기능을 제대로 사용할 수 없다.

수동 커밋

commit, rollback를 직접 호출하면서 트랜잭션 기능을 제대로 수행하려면 자동 커밋을 끄고 수동 커밋을 사용해야 한다.

수동 커밋을 설정하면 이후에 꼭 commit, rollback을 호출해야 한다. 이를 통해 우리가 원하는 트랜잭션 기능을 제대로 사용할 수 있다.

보통 자동 커밋에서 수동 커밋 모드로 설정하는 것을 트랜잭션을 시작한다고 표현할 수 있다.

 set autocommit true; --자동 커밋 모드 설정
insert into member(member_id, money) values ('data1',10000); --자동 커밋 
insert into member(member_id, money) values ('data2',10000); --자동 커밋

set autocommit false; --수동 커밋 모드 설정
insert into member(member_id, money) values ('data3',10000);
insert into member(member_id, money) values ('data4',10000); 
commit; --수동 커밋
rollback; --수동 롤백

실습 정리

• 실습으로는 h2 데이터베이스를 사용했다. 
• h2 데이터베이스 웹 콘솔을 열고 기존 URL을 복사해 2개를 만들면 안된다.
  h2 데이터베이스는 url의 파라미터 jsessionId로 세션을 구분하므로 값이 달라야 다른 세션이라고 인식한다.
• 따라서 loclahost:8082로 새로운 h2 데이터베이스 웹 콘솔을 연다.
• 이렇게 2개의 세션을 가지고 실습을 진행했다.
• 자동 커밋은 필자가 평소에 사용한 방식과 동일하다. 이 방식으로는 트랜잭션의 기능을 사용하기 어렵다.
  쿼리를 하나 실행할 때마다 커밋을 하므로 도중에 오류가 발생해도 롤백을 할 수 없다.
• 수동 커밋으로 진행할 때 쿼리문을 실행하고 커밋을 하지 않으면 커밋을 실행한 세션에서는 쿼리문의 연산 결과가 반영된 데이터를 확인할 수 있지만, 다른 세션에서는 쿼리문의 연산 결과가 반영되지 않은 기존의 데이터를 조회할 수 있었다.
• 쿼리문을 실행하고 커밋을 실행한 세션에서 쿼리문의 연산 결과가 반영된 데이터를 확인할 수 있었고, 롤백을 진행하면 쿼리문의 연산결과가 반영되지 않은 기존의 데이터를 조회할 수 있었다.
• 쿼리문을 실행하고 커밋을 해야 모든 세션에서 쿼리문의 연산 결과가 반영된 데이터를 조회할 수 있었다.

DB 락

세션1이 트랜잭션을 시작하고 데이터를 수정하는 동안 아직 커밋을 수행하지 않았는데,
세션2에서 동시에 같은 데이터를 수정하게 되면 여러가지 문제가 발생한다.
바로 트랜잭션의 원자성이 깨지는 것이다.
여기에 더해서 세션 1이 중간에 롤백을 하게 되면 세션2는 잘못된 데이터를 수정하는 문제가 발생한다.

 

이런 문제를 방지하려면,

세션이 트랜잭션을 시작하고 데이털을 수정하는 동안에는 커밋이나 롤백 전까지 다른 세션에서 해당 데이터를 수정할 수 없게 막아야 한다.
데이터베이스는 이런 문제를 해결하기 위해 락(Lock)이라는 개념을 제공한다. 

 

1. 세션1은 트랜잭션을 시작한다.
2. 세션1은 memberA의 계좌를 수정하려고 한다. 이를 변경하기 위해서는 해당 데이터 로우의 락을 획득해야 한다.
   락이 남아 있으므로 세션1은 락을 획득한다.
3. 세션 1이 락을 획득했으므로 해당 로우에 update sql을 수행한다.
4. 세션2는 memberA의 계좌를 수정하려고 한다.
5. 세션2도 트랜잭션을 시작한다.
6. 세션2도 memberA의 계좌를 수정하려고 한다. 이를 변경하기 위해서는 해당 데이터 로우의 락을 획득해야 한다.
   락이 없으므로 락이 들어올 때 까지 대기해야 한다.
7. 참고로 세션 2는 무한정 대기하는 것이 아니다. 락 대기 시간을 넘어가면 락 아웃 오류가 발생한다. 락 대기 시간은 설정 가능하다.
8. 이제 세션 1이 커밋이나 롤백을 하면 락을 반납하는 것으므로 세션 2가 update sql을 진행할 수 있다.

결론적으로 데이터를 변경하려면, 해당 로우의 락을 얻어야 한다.
아래는 실습을 진행하다가 락 대기 시간을 넘어가면서 락 아웃 오류가 발생한 모습이다.

락 아웃 오류 발생

참고로 데이터를 조회할 때도 락을 획득하려면, select for update 구문을 사용하면 된다.

트랜잭션을 적용

비즈니스 로직과 트랜잭션

• 트랜잭션은 비즈니스 로직이 있는 서비스 계층에서 시작해야 한다.
  비즈니스 로직이 잘못되면 해당 비즈니스 로직으로 인해 문제가 되는 부분을 함께 롤백해야하기 때문이다.
• 그런데 트랜잭션을 시작하려면 커넥션이 필요하다.
  결국 서비스 계층에서 커넥션을 만들고, 트랜잭션 커밋 이후에 커넥션을 종료해야 한다.
• 애플리케이션에서 DB 트랜잭션을 사용하려면 트랜잭션을 사용하는 동안 같은 커넥션을 유지해야 한다.
• 그래야만 같은 세션을 사용할 수 있다.
• 애플리케이션에서 같은 커넥션을 유지하려면 어떻게 해야 할까? 가장 단순한 방법은 매개변수로 전달해서 같은 커넥션이 사용되도록 유지하는 것이다.

작성한 트랜잭션을 적용한 멤버 서비스 코드는 다음과 같다.

/**
 *
 * 트랜잭션을 사용한다. 파라미터 연동 및 풀을 고려
 */

@Slf4j
@RequiredArgsConstructor
public class MemberServiceV2 {
    private final MemberRepositoryV2 memberRepository;
    private final DataSource dataSource;

    public void accountTransfer(String fromId, String toId, int money) throws SQLException {
        Connection con = dataSource.getConnection();
        try{
            con.setAutoCommit(false); //트랜잭션을 시작

            bizLogic(con, fromId, toId, money); //비즈니스 로직 수행

            con.commit(); //커밋을 한다
        }
        catch(Exception e){
            con.rollback(); //롤백을 한다.
            throw new IllegalStateException(e);
        }
        finally{
            if(con != null){
                try{
                    con.setAutoCommit(true); //자동 커밋 모드
                    con.close(); //커넥션 끊기
                }
                catch (Exception e){
                    log.info("error",e);

                }
            }
        }

    }

    private void bizLogic(Connection con, String fromId, String toId, int money) throws SQLException {
        //비즈니스 로직
        Member fromMember = memberRepository.findById(con, fromId);
        Member toMember = memberRepository.findById(con, toId);

        memberRepository.update(con, fromId, fromMember.getMoney() - money);

        validation(toMember);

        memberRepository.update(con, toId, toMember.getMoney() + money);
    }

    private void validation(Member toMember){
        if(toMember.getMemberId().equals("ex")){
            throw new IllegalStateException("이체 중 예외가 발생하였습니다");
        }
    }
}

레포지토리에도 지난 시간과 변경점이 있었다.

 

1. 같은 커넥션을 사용해야하므로 커넥션을 레포지토리에서 닫지 않는다.
2. 또한 같은 커넥션을 쓰기 위해 getConnection() 코드를 사용하지 않는다.
3. 매개변수로 Connection 객체를 추가한다.

더 자세한 실습과 코드는 강의를 수강하면 좋을 것 같습니다.

그럼 이상으로 포스팅을 마치겠습니다. 감사합니다.