제육's 휘발성 코딩
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Published 2022. 6. 2. 23:27
[Database I] - 트랜잭션 이해 🔷 Spring/Database
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트랜잭션 개념 이해

트랜잭션은 이름 그대로 번역하면 거래라는 뜻이다. 즉, 데이터베이스에서 트랜잭션은 하나의 거래를 안전하게 처리하도록 보장해주는 것을 의미한다.

데이터를 저장할 때 파일 저장이 아닌, 데이터베이스에 저장하는 이유 중 대표적인 이유는 트랜잭션을 지원하기 때문이다.

하나의 트랜잭션이 모두 성공해서 데이터베이스에 반영되는 것을 커밋이라하고, 작업 중 하나라도 실패해서 거래 이전으로 되돌리는 것을 롤백이라 한다.

트랜잭션 ACID

트랜잭션은 원자성(Atomicity), 일관성 (Consistency), 격리성(Isolation), 지속성(Durability)를 보장해야 한다.

원자성 : 트랙잭션 내에서 실행한 작업들은 마치 하나의 작업인 것처럼 모두 성공하거나 실패해야 한다.

일관성 : 모든 트랜잭션은 일관성 있는 데이터베이스 상태를 유지해야 한다. 즉, 데이터베이스에서 정한 무결성 제약 조건을 항상 만족해야 한다.

격리성 : 동시에 실행되는 트랜잭션들이 서로에게 영향을 미치지 않도록 격리한다. 즉, 동시에 같은 데이터를 수정하지 못하도록 해야한다. 이때 격리성은 동시성과 관련된 성능 이슈로 인해 트랜잭션 격리 수준(Isolation level)을 선택할 수 있다.

지속성 : 트랜잭션을 성공적으로 끝내면 그 결과가 항상 기록되어야 한다. 중간에 시스템에 문제가 발생해도 데이터베이스 로그 등을 사용해서 성공한 트랜잭션 내용을 복구할 수 있어야 한다.

트랜잭션은 원자성, 일관성, 지속성을 보장한다. 문제는 격리성인데 격리성을 완벽히 보장하려면 트랜잭션을 순서대로 실행해야 한다. 이렇게 하면 동시 처리 성능이 매우 나빠지기 때문에 ANSI 표준의 트랜잭션 격리 수준을 4단계로 나누어 정의했다.

 

트랜잭션 격리 수준 - Isolation level

아래로 내려갈 수록 격리 수준이 높아진다. (즉, 성능이 나빠지는 만큼 격리성이 높아진다.)

  • READ UNCOMMITTED (커밋되지 않은 읽기) - 일반적으로 많이 사용
  • READ COMMITTED (커밋된 읽기)
  • REPEATABLE READ (반복 가능한 읽기)
  • SERIALIZABLE (직렬화 기능)

 

데이터 베이스 연결 구조와 DB 세션

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  • 클라이언트는 서버에 연결을 요청하고, 커넥션을 맺게 된다. 이 때 디비 내부에서 세션을 만들고, 앞으로 모든 요청은 이 세션을 통해서 실행하게 된다. 즉, 세션이 SQL을 실행한다.
  • 세션은 트랜잭션을 시작하고, 커밋 또는 롤백을 통해 트랜잭션을 종료한다. 그리고 이후에 새로운 트랜잭션을 다시 시작할 수 있다.
  • 커넥션 풀이 10개의 커넥션을 생성하면, 세션도 10개가 만들어진다.

 

트랜잭션 동작 과정

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  • 데이터베이스에 결과를 반영하는 commit, rollback이 호출되기 전까지는 해당 트랜잭션을 관리하는 세션에서 임시로 데이터를 저장한다.
  • 이 후 커밋을 하면 다른 세션에서도 조회가 가능하다.

 

자동 커밋, 수동 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
  • 기존의 CRUD를 했을 때 별도의 커밋 없이 조회가 되는 이유는 기본적으로 autoCommit 기능이 활성화 되어 있기 때문이다. 다음과 같이 해당 기능을 비활성화 해두면 커밋되지 않는다. 단, 이후에 꼭 commit 또는 rollback을 호출해야 한다.
  • 수동 커밋 모드나, 자동 커밋 모드는 한번 설정하면 해당 세션에서는 계속 유지된다. 중간에 변경은 가능하다.

 

트랜잭션 실습

image

  • 수동 커밋을 적용하고 커밋을 하기 전 상태에서 다른 세션에서 해당 테이블을 조회해보면 값이 조회되지 않는 것을 볼 수 있다.

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  • 커밋한 이후 다른 세션에서도 정상 조회 되는 것을 볼 수 있다.

 

DB 락 - 개념 이해

트랜잭션 작업에서 문제가 발생하는 요인 중 하나는 세션 A에서 커밋을 수행하지 않았는데 세션 B에서 동시에 같은 데이터를 수정하게 되는 경우이다. 해당 경우에 원자성이 위반 된다.

이러한 문제를 방지하려면, 세션이 트랜잭션을 시작하고 데이터를 수정하는 동안 (커밋 또는 롤백 전까지) 다른 세션에서 해당 데이터를 수정할 수 없게 막아야한다. 이 것을 락(Lock) 이라한다.

락0

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  • 세션 1과 2는 동시에 같은 금액을 변경하고 싶은 상황이다. 이 때 Lock의 기능에 대해 알아보자.

락1

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  • 세션1의 트랜잭션이 먼저 시작했다는 상황에서 락이 남아있으므로 세션 1은 락을 획득한다. 락을 갖고 있는 세션1은 원하는 트랜잭션을 (update 500) 수행한다.

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  • 세션 1은 현재 값이 임시로 적용, 세션 2에 값에는 이전의 값을 갖고 있다.

락2

image

  • 세션 2도 트랜잭션을 시작하고 해당 row의 락을 획득하려고 했으나, 락이 없으므로 돌아올 때 까지 대기한다. 이때 락을 무한정 기다리는 것이 아닌, 일정 대기 시간을 넘어가면 타임아웃 오류가 발생한다. (설정 가능)

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  • 다음과 같이 지정한 타임 설정(60000ms- 60초)까지 락을 받기 위해 대기하다가 예외가 발생한다.

락3

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  • 세션 1은 커밋을 수행하고, 트랜잭션이 종료되었으므로 락도 다시 원래의 로우의 위치에 반환한다.

락4

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  • 세션 2가 락을 획득한다.

락5

image

  • 세션 2는 쿼리문을 정상 수행한다.

image

  • 세션 1이 커밋되고 세션 2에서 락을 획득하여 쿼리문을 실행한다.

락6

image

  • 세션 2는 커밋을 수행하고 트랜잭션이 종료되었으므로 락을 반납한다.

 

DB 락 - 조회

일반적인 조회는 락을 사용하지 않는다. 디비마다 다르지만, 보통 락을 획득하지 않고 바로 데이터를 조회할 수 있다.

조회와 락

set autocommit false;
select * from member where member_id='memberA' for update;
  • 데이터를 조회할 때도 락을 획득하고 싶을 때는 select ~ for update 구문을 사용하면 된다. 이렇게 하면 쿼리문을 실행한 세션이 락을 가져가버리기 때문에 다른 세션에서 해당 데이터를 변경할 수 없다.

조회 시점에 락이 필요한 경우

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  • 트랜잭션 종료 시점까지 해당 데이터를 다른 곳에서 변경하지 못하도록 강제로 막아야할 때 사용한다. 예를 들어 돈과 관련된 매우 중요한 트랜잭션이어서 조회를 하는 시점에 락을 가져가서 계산을 완료할 때 까지 다른 곳에서 변경 자체를 불가능하게 하는 경우가 있다.

 

트랜잭션 - 미적용 예제

실제 애플리케이션에서 계좌이체와 같이 원자성이 중요한 비즈니스 로직을 어떻게 구현하는지 알아보자.

먼저 트랜잭션 없이 단순하게 계좌이체 비즈니스 로직만 구현해보자.

MemberServiceV1

package hello.jdbc.service;

import hello.jdbc.domain.Member;
import hello.jdbc.repository.MemberRepositoryV1;
import lombok.RequiredArgsConstructor;

import java.sql.SQLException;

@RequiredArgsConstructor
public class MemberServiceV1 {

  private final MemberRepositoryV1 memberRepository;

  public void accountTransfer(String fromId, String toId, int money) throws SQLException {
    Member fromMember = memberRepository.findById(fromId);
    Member toMember = memberRepository.findById(toId);

    memberRepository.update(fromId, fromMember.getMoney() - money);
    validation(toMember);
    memberRepository.update(toId, toMember.getMoney() + money);
  }

  private void validation(Member toMember) {
    if (toMember.getMemberId().equals("ex")) {
      throw new IllegalStateException("이체중 예외 발생");
    }
  }
}
  • from 회원 이 to 회원에게 money만큼의 돈을 계좌이체하는 로직이다. toId가 ex인 경우 예외를 발생한다.

MemberServiceV1Test

package hello.jdbc.service;

import hello.jdbc.domain.Member;
import hello.jdbc.repository.MemberRepositoryV1;
import org.junit.jupiter.api.AfterEach;
import org.junit.jupiter.api.BeforeEach;
import org.junit.jupiter.api.DisplayName;
import org.junit.jupiter.api.Test;
import org.springframework.jdbc.datasource.DriverManagerDataSource;

import java.sql.SQLException;

import static hello.jdbc.connection.ConnectionConst.*;
import static org.assertj.core.api.Assertions.*;

class MemberServiceV1Test {

  public static final String MEMBER_A = "memberA";
  public static final String MEMBER_B = "memberB";
  public static final String MEMBER_EX = "ex";

  private MemberRepositoryV1 memberRepository;
  private MemberServiceV1 memberService;

  @BeforeEach
  void before() {
    DriverManagerDataSource dataSource = new DriverManagerDataSource(URL, USERNAME, PASSWORD);
    memberRepository = new MemberRepositoryV1(dataSource);
    memberService = new MemberServiceV1(memberRepository);
  }


  @AfterEach
  void after() throws SQLException {
    memberRepository.delete(MEMBER_A);
    memberRepository.delete(MEMBER_B);
    memberRepository.delete(MEMBER_EX);
  }

  @Test
  @DisplayName("정상 이체")
  void accountTransfer() throws SQLException {
    // given
    Member memberA = new Member(MEMBER_A, 10000);
    Member memberB = new Member(MEMBER_B, 10000);
    memberRepository.save(memberA);
    memberRepository.save(memberB);

    // when
    memberService.accountTransfer(memberA.getMemberId(), memberB.getMemberId(), 2000);

    // then
    Member findMemberA = memberRepository.findById(memberA.getMemberId());
    Member findMemberB = memberRepository.findById(memberB.getMemberId());
    assertThat(findMemberA.getMoney()).isEqualTo(8000);
    assertThat(findMemberB.getMoney()).isEqualTo(12000);
  }

  @Test
  @DisplayName("이체 중 예외 발생")
  void accountTransferEx() throws SQLException {
    // given
    Member memberA = new Member(MEMBER_A, 10000);
    Member memberEx = new Member(MEMBER_EX, 10000);
    memberRepository.save(memberA);
    memberRepository.save(memberEx);

    // when
    assertThatThrownBy(() -> memberService.accountTransfer(memberA.getMemberId(), memberEx.getMemberId(), 2000))
      .isInstanceOf(IllegalStateException.class);

    // then
    Member findMemberA = memberRepository.findById(memberA.getMemberId());
    Member findMemberEx = memberRepository.findById(memberEx.getMemberId());

    assertThat(findMemberA.getMoney()).isEqualTo(8000);
    assertThat(findMemberEx.getMoney()).isEqualTo(10000);
  }
}
  • 현재 이체 중 예외가 발생하면 memberA의 돈만 감소하는 문제가 발생했다.
  • @BeforeEach : 각각의 테스트가 수행되기 전에 실행 @AfterEach : 각각의 테스트가 실행되고 난 이후에 실행

 

트랜잭션 적용 예제

image

  • 트랜잭션은 비즈니스 로직이 있는 서비스 계층에서 시작해야 한다. 로직이 잘못되면 해당 로직으로 인해 발생하는 부분을 함께 롤백해야 하기 때문이다.
  • 애플리케이션에서 DB 트랜잭션을 사용하려면 트랜잭션을 사용하는 동안 같은 커넥션을 유지해야 한다,

MemberRepositoryV2

public void update(Connection con, String memberId, int money) throws SQLException {
  String sql = "update member set money=? where member_id=?";
  PreparedStatement pstmt = null;
  try {
    pstmt = con.prepareStatement(sql);
    pstmt.setInt(1, money);
    pstmt.setString(2, memberId);
    int resultSize = pstmt.executeUpdate();
    log.info("resultSize={}", resultSize);
  } catch (SQLException e) {
    log.error("db error", e);
    throw e;
  } finally {
    // Connection 은 닫지 않는다.
    JdbcUtils.closeStatement(pstmt);
  }
}

public Member findById(Connection con, String memberId) throws SQLException {
  String sql = "select * from member where member_id = ?";

  PreparedStatement pstmt = null;
  ResultSet rs = null;

  try {
    pstmt = con.prepareStatement(sql);
    pstmt.setString(1, memberId);

    rs = pstmt.executeQuery();

    if (rs.next()) {
      Member member = new Member();
      member.setMemberId(rs.getString("member_id"));
      member.setMoney(rs.getInt("money"));
      return member;
    } else {
      throw new NoSuchElementException("member not found memberId=" + memberId);
    }

  } catch (SQLException e) {
    log.error("db error", e);
    throw e;
  } finally {
    // Connection 은 닫지 않는다.
    JdbcUtils.closeStatement(pstmt);
    JdbcUtils.closeResultSet(rs);
  }
}
  • V1 코드와 동일하며, findById(Connection con, ~), update(Connection con, ~) 두 가지 메서드를 추가했다. 파라미터로 받아온 커넥션을 그대로 유지해서 사용하기 위해서 별도로 생성했다.

MemberServiceV2

package hello.jdbc.service;

import hello.jdbc.domain.Member;
import hello.jdbc.repository.MemberRepositoryV2;
import lombok.RequiredArgsConstructor;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import javax.sql.DataSource;
import java.sql.Connection;
import java.sql.SQLException;

@RequiredArgsConstructor
@Slf4j
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); // 트랜잭션 시작
      bizLogic(con, fromId, toId, money);
      // 성공 시 커밋
      con.commit();
    } catch (Exception e) {
      con.rollback();
      throw new IllegalStateException();
    } finally {
      release(con);
    }
  }

  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 release(Connection con) {
    if (con != null) {
      try {
        con.setAutoCommit(true);
        con.close();
      } catch (Exception e) {
        log.info("error", e);
      }
    }
  }

  private void validation(Member toMember) {
    if (toMember.getMemberId().equals("ex")) {
      throw new IllegalStateException("이체중 예외 발생");
    }
  }
}
  • 비즈니스 로직을 실행할 때 setAutoCommit(false)를 통해 비활성화를 시킨 후, 트랜잭션을 시작시켜야 한다.
  • 커넥션을 모두 사용하고 종료할 때 연결했던 커넥션을 커넥션 풀에 반환할 때 자동 커밋 모드로 변경해서 돌려주는 것이 안전하다.

MemberServiceV2Test

package hello.jdbc.service;

import hello.jdbc.domain.Member;
import hello.jdbc.repository.MemberRepositoryV2;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.junit.jupiter.api.AfterEach;
import org.junit.jupiter.api.BeforeEach;
import org.junit.jupiter.api.DisplayName;
import org.junit.jupiter.api.Test;
import org.springframework.jdbc.datasource.DriverManagerDataSource;

import java.sql.SQLException;

import static hello.jdbc.connection.ConnectionConst.*;
import static org.assertj.core.api.Assertions.assertThat;
import static org.assertj.core.api.Assertions.assertThatThrownBy;

@Slf4j
class MemberServiceV2Test {

  public static final String MEMBER_A = "memberA";
  public static final String MEMBER_B = "memberB";
  public static final String MEMBER_EX = "ex";

  private MemberRepositoryV2 memberRepository;
  private MemberServiceV2 memberService;

  @BeforeEach
  void before() {
    DriverManagerDataSource dataSource = new DriverManagerDataSource(URL, USERNAME, PASSWORD);
    memberRepository = new MemberRepositoryV2(dataSource);
    memberService = new MemberServiceV2(dataSource, memberRepository);
  }


  @AfterEach
  void after() throws SQLException {
    memberRepository.delete(MEMBER_A);
    memberRepository.delete(MEMBER_B);
    memberRepository.delete(MEMBER_EX);
  }

  @Test
  @DisplayName("정상 이체")
  void accountTransfer() throws SQLException {
    // given
    Member memberA = new Member(MEMBER_A, 10000);
    Member memberB = new Member(MEMBER_B, 10000);
    memberRepository.save(memberA);
    memberRepository.save(memberB);

    // when
    memberService.accountTransfer(memberA.getMemberId(), memberB.getMemberId(), 2000);

    // then
    Member findMemberA = memberRepository.findById(memberA.getMemberId());
    Member findMemberB = memberRepository.findById(memberB.getMemberId());
    assertThat(findMemberA.getMoney()).isEqualTo(8000);
    assertThat(findMemberB.getMoney()).isEqualTo(12000);
  }

  @Test
  @DisplayName("이체 중 예외 발생")
  void accountTransferEx() throws SQLException {
    // given
    Member memberA = new Member(MEMBER_A, 10000);
    Member memberEx = new Member(MEMBER_EX, 10000);
    memberRepository.save(memberA);
    memberRepository.save(memberEx);

    // when
    log.info("START TX");
    assertThatThrownBy(() -> memberService.accountTransfer(memberA.getMemberId(), memberEx.getMemberId(), 2000))
      .isInstanceOf(IllegalStateException.class);
    log.info("END TX");

    // then
    Member findMemberA = memberRepository.findById(memberA.getMemberId());
    Member findMemberEx = memberRepository.findById(memberEx.getMemberId());

    assertThat(findMemberA.getMoney()).isEqualTo(10000);
    assertThat(findMemberEx.getMoney()).isEqualTo(10000);
  }
}
  • 예외 발생 시 롤백되는 지 여부를 확인할 수 있다.

트랜잭션을 통해 롤백을 수행해서 모든 데이터를 정상적으로 초기화 할 수 있게 되었다.

애플리케이션에서 DB 트랜잭션을 적용하려면 서비스 계층이 매우 지저분해진다. 스프링에서 이 문제를 @Transactional 을 지원해서 해결해준다.

 

본 포스팅은 인프런 - 김영한님의 '스프링 DB 1편 - 데이터 접근 핵심 원리'를 정리한 내용입니다.

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