안전한 데이터 조작을 위한 스프링 트랜잭션 이해

트랜잭션

데이터를 저장할 때 단순히 파일에 저장해도 되는데, 데이터베이스에 저장하는 이유는 무엇일까? 여러가지 이유가 있지만, 가장 대표적인 이유는 바로 데이터베이스는 트랜잭션이라는 개념을 지원하기 때문이다.

 

트랜잭션을 이름 그대로 번역하면 거래라는 뜻이다. 이것을 쉽게 풀어서 이야기하면, 데이터베이스에서 트랜잭션은 하 나의 거래를 안전하게 처리하도록 보장해주는 것을 뜻한다.

 

그런데 하나의 거래를 안전하게 처리하려면 생각보다 고려 해야 할 점이 많다. 예를 들어서 A의 5000원을 B에게 계좌이체한다고 생각해보자. A의 잔고를 5000원 감소하고, B의 잔고를 5000원 증가해야한다.

 

5000원 계좌이체

1. A의 잔고를 5000원 감소
2. B의 잔고를 5000원 증가

계좌이체라는 거래는 이렇게 2가지 작업이 합쳐져서 하나의 작업처럼 동작해야 한다.

 

만약 1번은 성공했는데 2번에서 시스템에 문제가 발생하면 계좌이체는 실패하고, A의 잔고만 5000원 감소하는 심각한 문제가 발생한다.

 

데이터베이스가 제공하는 트랜잭션 기능을 사용하면 1,2 둘다 함께 성공해야 저장하고, 중간에 하나라도 실패하면 거래 전의 상태로 돌아갈 수 있다.

 

만약 1번은 성공했는데 2번에서 시스템에 문제가 발생하면 계좌이체는 실패하고, 거래 전의 상태로 완전히 돌아갈 수 있다. 결과적으로 A의 잔고가 감소하지 않는다.

 

모든 작업이 성공해서 데이터베이스에 정상 반영하는 것을 커밋( Commit )이라 하고, 작업 중 하나라도 실패해서 거래 이전으로 되돌리는 것을 롤백( Rollback )이라 한다.

 

트랜잭션 ACID

트랜잭션은 ACID라 하는 원자성(Atomicity), 일관성(Consistency), 격리성(Isolation), 지속성(Durability)을 보장해야 한다.

 

• 원자성(Atomicity): 트랜잭션 내에서 실행한 작업들은 마치 하나의 작업인 것처럼 모두 성공 하거나 모두 실패해야 한다.
• 일관성(Consistency): 모든 트랜잭션은 일관성 있는 데이터베이스 상태를 유지해야 한다. 예를 들어 데이터베이스에서 정한 무결성 제약 조건을 항상 만족해야 한다.
• 격리성(Isolation): 동시에 실행되는 트랜잭션들이 서로에게 영향을 미치지 않도록 격리한다. 예를 들어 동시에 같은 데이터를 수정하지 못하도록 해야 한다. 격리성은 동시성과 관련된 성능 이슈로 인해 트랜잭션 격리 수준(Isolation level)을 선택할 수 있다.
• 지속성(Durability): 트랜잭션을 성공적으로 끝내면 그 결과가 항상 기록되어야 한다. 중간에 시스템에 문제가 발생해도 데이 터베이스 로그 등을 사용해서 성공한 트랜잭션 내용을 복구해야 한다.

트랜잭션은 원자성, 일관성, 지속성을 보장한다. 문제는 격리성인데 트랜잭션 간에 격리성을 완벽히 보장하려면 트랜잭 션을 거의 순서대로 실행해야 한다.

 

이렇게 하면 동시 처리 성능이 매우 나빠진다. 이런 문제로 인해 ANSI 표준은 트랜 잭션의 격리 수준을 4단계로 나누어 정의했다.

 

트랜잭션 격리 수준 - Isolation level

• READ UNCOMMITED(커밋되지 않은 읽기)
• READ COMMITTED(커밋된 읽기)
• REPEATABLE READ(반복 가능한 읽기)
• SERIALIZABLE(직렬화 가능)

데이터베이스 연결 구조와 DB 세션

트랜잭션을 더 자세히 이해하기 위해 데이터베이스 서버 연결 구조와 DB 세션에 대해 알아보자.

• 사용자는 웹 애플리케이션 서버(WAS)나 DB 접근 툴 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 해당 커넥션을 통한 모든 요청은 이 세션을 통해서 실행하게 된다.
• 개발자가 클라이언트를 통해 SQL을 전달하면 현재 커넥션에 연결된 세션이 SQL을 실행한다.
• 세션은 트랜잭션을 시작하고, 커밋 또는 롤백을 통해 트랜잭션을 종료한다. 그리고 이후에 새로운 트랜잭션을 다시 시작할 수 있다.
• 사용자가 커넥션을 닫거나, 또는 DBA(DB 관리자)가 세션을 강제로 종료하면 세션은 종료된다
• 커넥션 풀이 10개의 커넥션을 생성하면, 세션도 10개 만들어진다

트랜잭션 예제

트랜잭션 사용법

• 데이터 변경 쿼리를 실행하고 데이터베이스에 그 결과를 반영하려면 커밋 명령어인 commit 을 호출하고, 결과를 반영하고 싶지 않으면 롤백 명령어인 rollback 을 호출하면 된다.
• 커밋을 호출하기 전까지는 임시로 데이터를 저장하는 것이다. 따라서 해당 트랜잭션을 시작한 세션(사용자)에게만 변경 데이터가 보이고 다른 세션(사용자)에게는 변경 데이터가 보이지 않는다. 

• 세션1은 트랜잭션을 시작하고 신규 회원1, 신규 회원2를 DB에 추가했다. 아직 커밋은 하지 않은 상태이다.
• 새로운 데이터는 임시 상태로 저장된다.
• 세션1은 select 쿼리를 실행해서 본인이 입력한 신규 회원1, 신규 회원2를 조회할 수 있다.
• 세션2는 select 쿼리를 실행해도 신규 회원들을 조회할 수 없다. 왜냐하면 세션1이 아직 커밋을 하지 않았기 때문이다.

커밋하지 않은 데이터를 다른 곳에서 조회할 수 있으면 어떤 문제가 발생할까?

예를 들어서 커밋하지 않는 데이터가 보인다면, 세션2는 데이터를 조회했을 때 신규 회원1, 2가 보일 것이다.

 

따라서 신규 회원1, 신규 회원2가 있다고 가정하고 어떤 로직을 수행할 수 있다.

 

그런데 세션1이 롤백을 수행하면 신규 회원1, 신규 회원2의 데이터가 사라지게 된다. 따라서 데이터 정합성에 큰 문제가 발생한다. 세션2에서 세션1이 아직 커밋하지 않은 변경 데이터가 보이다면, 세션1이 롤백 했을 때 심각한 문제가 발생할 수 있다. 따라서 커밋 전의 데이터는 다른 세션에서 보이지 않는다.

 

세션1에서 신규 데이터 추가 후 commit

 

세션1이 신규 데이터를 추가한 후에 commit 을 호출했으므로, commit 으로 새로운 데이터가 실제 데이터베이스에 반영된다.

 

데이터의 상태도 임시 완료로 변경되었고, 이제 다른 세션에서도 회원 테이블을 조회하면 신규 회원들을 확인할 수 있다.

 

세션1에서 신규 데이터 추가후 rollback

세션1이 신규 데이터를 추가한 후에 commit 대신에 rollback 을 호출했으므로, 세션1이 데이터베이스에 반영한 모든 데이터가 처음 상태로 복구된다.

 

수정하거나 삭제한 데이터도 rollback 을 호출하면 모두 트랜잭션을 시작하기 직전의 상태로 복구된다.

 

자동 커밋, 수동 커밋

이전에 설명한 예제를 돌려보기 전에 먼저 자동 커밋, 수동 커밋에 대해 알아보자. 예제에 사용되는 스키마는 다음과 같다.

drop table member if exists;
create table member (
    member_id varchar(10),
    money integer not null default 0,
    primary key (member_id)
);

트랜잭션을 사용하려면 먼저 자동 커밋과 수동 커밋을 이해해야 한다.

 

자동 커밋으로 설정하면 각각의 쿼리 실행 직후에 자동으로 커밋을 호출한다.

 

따라서 커밋이나 롤백을 직접 호출하지 않아도 되는 편리함이 있다.

 

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

 

자동 커밋 설정

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

따라서 commit , rollback 을 직접 호출하면서 트랜잭션 기능을 제대로 수행하려면 자동 커밋을 끄고 수동 커밋을 사용해야 한다.

 

수동 커밋 설정

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

보통 자동 커밋 모드가 기본으로 설정된 경우가 많기 때문에, 수동 커밋 모드로 설정하는 것을 트랜잭션을 시작한다고 표현할 수 있다. 수동 커밋 설정을 하면 이후에 꼭 commit , rollback 을 호출해야 한다.

 

참고로 수동 커밋 모드나 자동 커밋 모드는 한번 설정하면 해당 세션에서는 계속 유지된다. 중간에 변경하는 것도 가하다.

 

DB 락

세션1이 트랜잭션을 시작하고 데이터를 수정하는 동안 아직 커밋을 수행하지 않았는데, 세션2에서 동시에 같은 데이터 를 수정하게 되면 여러가지 문제가 발생한다.

 

바로 트랜잭션의 원자성이 깨지는 것이다. 여기에 더해서 세션1이 중간에 롤백을 하게 되면 세션2는 잘못된 데이터를 수정하는 문제가 발생한다.

 

이런 문제를 방지하려면, 세션이 트랜잭션을 시작하고 데이터를 수정하는 동안에는 커밋이나 롤백 전까지 다른 세션에서 해당 데이터를 수정할 수 없게 막아야 한다.

 

DB락 - 변경

실습을 위해 기본 데이터를 입력하자

set autocommit true;
delete from member;
insert into member(member_id, money) values ('memberA',10000);

세션1

set autocommit false;
update member set money=500 where member_id = 'memberA';

• 세션1이 트랜잭션을 시작하고, memberA 의 데이터를 500원으로 업데이트 했다.
• 아직 커밋은 하지 않은 상태이며, memberA 로우의 락은 세션1이 가지게 된다.

세션2

SET LOCK_TIMEOUT 60000;
set autocommit false;
update member set money=1000 where member_id = 'memberA';

• 세션2는 memberA 의 데이터를 1000원으로 수정하려 한다.
• 세션1이 트랜잭션을 커밋하거나 롤백해서 종료하지 않았으므로 아직 세션1이 락을 가지고 있다. 따라서 세션2는 락을 획득하지 못하기 때문에 데이터를 수정할 수 없다. 세션2는 락이 돌아올 때 까지 대기하게 된다.
• SET LOCK_TIMEOUT 60000 : 락 획득 시간을 60초로 설정한다. 60초 안에 락을 얻지 못하면 예외가 발생한다.

세션2 락 획득

세션1을 커밋하면 세션1이 커밋되면서 락을 반납한다. 이후에 대기하던 세션2가 락을 획득하게 된다.

 

따라서 락을 획득 한 세션2의 업데이트가 반영되는 것을 확인할 수 있다. 물론 이후에 세션2도 커밋을 호출해서 락을 반납해야 한다.

 

• 세션1은 커밋을 수행한다. 커밋으로 트랜잭션이 종료되었으므로 락도 반납한다.

세션1

commit;

세션1이 커밋하면 이후에 락을 반납하고 다음 시나리오가 이어진다.

 

락을 획득하기 위해 대기하던 세션2가 락을 획득하고, 세션2는 update sql을 정상 수행한다.

 

세션2는 커밋을 수행하고 트랜잭션이 종료되었으므로 락을 반납한다.

 

출처

https://www.inflearn.com/course/lecture?courseSlug=%EC%8A%A4%ED%94%84%EB%A7%81-db-1&unitId=110098

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