[study] 스프링 DB 1편 - 3. 트랜잭션 이해

김영한님의 스프링 DB 1 편 - 데이터접근 핵심원리 를 듣고 정리한 내용입니다.

트랜잭션 - 개념 이해

데이터를 저장할 때 단순히 파일에 저장해도 되는데, 데이터베이스에 저장하는 이유는

DB는 트랜잭션이라는 개념을 지원하기 때문이다.

트랜잭션은 이름 그대로 거래라는 뜻이다. 

DB에서 트랜잭션은 하나의 거래를 안전하게 처리하도록 보장해주는 것을 뜻한다.

 

모든 작업이 성공해서 데이터베이스에 반영되는 것을 commit 이라 하고 

작업 중 하나라도 시래하여 거래 이전으로 돌리는 것을 Rollback 이라 한다.

 

트랜잭션 ACID

트랜잭션은 ACID 라는 

• 원자성(Atomicity)
• 일관성(Consistency)
• 격리성(Isolation)
• 지속성(Durability)

을 보장해야 한다.

 

원자성

• 트랜잭션 내에서 실행한 작업들은 하나의 작업인 것처럼 모두 성공, 실패 해야 한다.

일관성

• 모든 트랜잭션은 일관성 있는 DB 상태를 유지해야한다.
  ex)무결성 제약 조건을 항상 만족해야한다.

격리성

• 동시에 실행되는 트랜잭션들이 서로에게 영향을 미치지 않도록 격리한다.
  ex) 동시에 같은데이터 수정하지 못하도록 해야한다. 
• 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 내용 복구해야한다.

 

정리

트랜잭션은 원자성 일관성 지속성을 보장한다.

문제는 격리성인데 트랜잭션 간 격리성을 완벽히 보장하려면 트랜잭션을 거의 순서대로 실행해야 한다.

이러면 동시처리 성능이 매우 떨어진다. 

따라서 이런 문제로 인해 ANSI 표준은 트랜잭션의 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

사용자는 WAS나 DB 클라이언트 툴을 사용해서 DB 서버에 접근가능

데이터베이스 서버에 연결을 요청하고 커넥션을 맺는다. 이떄 DB내부에 세션이라는것을 만든다.

앞으로 해당 커넥션에 연결된 세션이 SQL을 실행한다.

세션은 트랜잭션을 시작하고 커밋 또는 롤백을 통해 트랜잭션을 종료한다.

사용자가 커넥션을 닫거나, DBA가 세션을 강제로 종료함녀 세션은 종료된다.

 

커넥션 풀이 10개의 커넥션을 생성하면 10개의 세션이 생성된다.

 

트랜잭션 - DB 예제1 - 개념 이해

구체적인 실제 구현 방식은 데이터베이스 마다 다르다.

트랜잭션 사용법

데이터 변경 쿼리를 실행하고 데이터베이스에결과를 반영하려면 commit을 호출하고
결과를 반영하고 싶지 않으면 rollback을 호출하면 된다.

커밋을 호출하기 전까지는 임시로 데이터를 저장하는 것이다.
해당 트랜잭션을 시작한 세션에게만 변경 데이터가 보이고 다른 세션에게는 변경 데이터가 보이지 않는다.

등록, 수정, 삭제, 모두 같은 원리로 동작한다.

기본 테이블을 조회하면 세션 1, 2 모두 해당 데이터가 그대로 조회됨.

 

세션 1이 새로운 트랜잭션을 시작하고 신규회원 1,2를 DB에 추가한뒤 커밋은 안한 상태이다.

새로운 데이터는 임시 상태로 저장된다.

세션1은 select 쿼리를 실행해서 본인이 추가한 신규회원 1,2 조회 가능

세션2는 select 쿼리 실행해도 신규회원 조회 불가, 왜냐면 세션1이 커밋을 아직 안해서.

 

커밋하지 않은 데이터를 다른곳에서 조회할 수 있으면 어떤문제가 발생하는가?

- 커밋하지 않은 데이터가 보인다면 세션2가 데이터 조회 시 신규회원 1,2가 보일 것이다.

해당 회원을 가지고 로직을 수행할 수도 있다.

그런데 세션1이 롤백을 하게 되면 신규회원 1,2의 데이터가 사라진다.

데이터 정합성의 문제가 발생할 수 있다.

 

세션1이 신규 데이터를 추가한 뒤 commit 호출 시 실 DB에도 데이터가 반영된다.

다른 세션에서도 회원테이블 조회 시 신규회원 확인 가능하다.

 

신규 데이터 추가 후 rollback

세션1이 신규데이터를 추가한 뒤 commit이 아닌 rollback 호출 시 원상태로 복구됨

수정하거나 삭제한 데이터도 rollback을 호출하면 트랜잭션을 시작하기 직전 상태로 복구된다.

 

 

트랜잭션 - DB 예제 2 - 자동 커밋, 수동 커밋

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

 

자동 커밋

자동 커밋 설정 시 각각의 쿼리 실행 직후에 자동으로 커밋 호출

따라서 커밋이나 롤백을 직접 호출하지 않아도되는 편리함

하지만 쿼리 하나하나 실행시마다 자동으로 커밋되므로 원하는트랜잭션 기능을 제대로 활용 불가

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

자동커밋 설정

 

 

수동 커밋

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

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.

참고로 수동 커밋 모드나 자동 커밋 모드는 한번 설정하면 해당 세션에서는 계속 유지된다. 

중간에 변경하는 것은 가능하다.

 

 

트랜잭션 - DB 예제3 - 트랜잭션 실습

자동 커밋 ( 성공 )

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

 

 

 

수동 커밋 ( 성공 )

set autocommit false;
update member set money=10000 - 2000 where member_id = 'memberA';
update member set money=10000 + 2000 where member_id = 'memberB';

commit 명령어를 실행하면 데이터베이스에 결과가 반영된다.

 

계좌이체 도중 문제되는 상황

오류가 발생하는 쿼리문 실행

set autocommit false;
update member set money=10000 - 2000 where member_id = 'memberA'; //성공
update member set money=10000 + 2000 where member_iddd = 'memberB'; //쿼리 예외 발생

 

이런 상태에서 세션 1을 커밋하게 된다면 

중간에 문제가 발생하였을때 커밋을 호출하면 안된다.

롤백을 호출하여 데이터를 트랜잭션 시작 시점으로 원복해야 한다.

 

롤백

set autocommit false;
update member set money=10000 - 2000 where member_id = 'memberA'; //성공
update member set money=10000 + 2000 where member_iddd = 'memberB'; //쿼리 예외 발생

오류가 나는 SQL을 실행 후 세션1을 롤백 시켜준다.

rollback;

 

정리

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

트랜잭션의 원자성 때문에 여러 SQL 명령어를 하나의 작업인 것처럼 처리할 수 있었다.

 

트랜잭션 시작

중요한 로직의 작업은 꼭 수동 커밋 모드를 사용해서 수동으로 커밋 롤백 할 수 있도록 해야 한다.

이렇게 자동 커밋 모드에서 수동 커밋 모드로 전환하는 것을 트랜잭션을 시작한다고 표현함.

 

 

 

DB 락 - 개념 이해

세션1이 트랜잭션을 시작하고 아직 커밋을 수행하지 않았고

세션2에서 동시에 같은 데이터를 수정하게 된다면 여러 문제가 발생한다.

트랜잭션의 원자성이 깨진다.

여기에 더해 세션 1이 중간에 롤백하게 된다면 세션2는 잘못된 데이터를 수정하는 문제가 발생한다.

이런 문제를 방지하기 위해 세션이 트랜잭션을 시작하고 데이터를 수정하는 중에는 커밋이나 롤백 전까지 다른 세션에서 데이터를 수정할  수 없게 해야한다.

 

DB락 - 조회

일반적인 조회는 락을 사용하지 않는다.

데이터를 조회할 때도 락을 획득하고 싶을 때 

select for update

라는 구문을 사용하면 된다.

이 경우엔 세션 1이 조회 시점에 락을 가져가기 때문에 다른 세션에서 해당데이터를 변경할 수 없다.

이 경우에도 트랜잭션을 커밋하면 락을 반납한다.

 

조회 시점에 락이 필요한 경우

트랜잭션 종료 시점까지 다른곳에서 변경하지 못하도록 강제로 막아야 할때 사용

어플리케이션 로직에서 memberA의 금액을 조회한 뒤 이 금액 정보로 어플리케이션에서 일련의 계산을 수행
이 계산이 돈과 관련되어 중요할 경우 계산을 완료할 때까지 다른곳에서 memberA의 금액을 변경하면 안된다.

이럴경우 락을 조회시점에 획득하면 된다.

 

기본데이터 입력

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

 

세션1

set autocommit false;
select * from member where member_id='memberA' for update;

select for updat 구문 사용하여 조회하며 선택 로우의 락도 획득, 락이 없을 시 락 획득할때까지 대기

세션1은 트랜잭션을 종료할 때까지 memberA의 로우의 락을 보유한다.

 

세션2

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

세션2는 데이터를 변경하고 싶다.

세션1이 memberA의 로우의 락을 획득하였기 때문에 락을 획득할 때까지 대기한다.

세션 1이 커밋을 수행하면 락을 획득하고 데이터를 변경함.

 

 

비즈니스 로직과 트랜잭션

트랜잭션은 비즈니스 로직이 있는 서비스 계층에서 시작해야 한다.

- 비즈니스 로직이 잘못되면 해당 비즈니스 로직으로 인해 문제가 발생하는 부분을 함께 롤백해야하므로

트랜잭션을 시작하려면 커넥션이 필요하다. 결국 서비스 계층에서 커넥션을 만들고 트랜잭션 커밋 이후에 커넥션을 종료해야 한다.

어플리케이션에서 DB 트랜잭션을 사용하려면 트랜잭션을 사용하는 동안 같은 커넥션을 유지해야한다.

 

어플리케이션에서 같은 커넥션을 유지하려면 어떻게 해야할까. 

가장 단순한 방법은 커넥션을 파라미터로 전달해서 같은 커넥션이 사용되도록 유지하는 것이다.

 

@Slf4j
public class MemberRepositoryV2 {

    private final DataSource dataSource;

    public MemberRepositoryV2(DataSource dataSource) {
        this.dataSource = dataSource;
    }

    public Member save(Member member) throws SQLException {
        String sql = "insert into member(member_id, money) values (?, ?)";

        Connection con = null;
        PreparedStatement pstmt = null;

        try {
            con = getConnection();
            pstmt = con.prepareStatement(sql);
            pstmt.setString(1, member.getMemberId());
            pstmt.setInt(2, member.getMoney());
            pstmt.executeUpdate();
            return member;
        } catch (SQLException e) {
            log.error("db error", e);
            throw e;
        } finally {
            close(con, pstmt, null);
        }

    }

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

        Connection con = null;
        PreparedStatement pstmt = null;
        ResultSet rs = null;

        try {
            con = getConnection();
            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 {
            close(con, pstmt, rs);
        }

    }

    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 {
            //connection은 여기서 닫지 않는다.
            JdbcUtils.closeResultSet(rs);
            JdbcUtils.closeStatement(pstmt);
        }

    }

    public void update(String memberId, int money) throws SQLException {
        String sql = "update member set money=? where member_id=?";

        Connection con = null;
        PreparedStatement pstmt = null;

        try {
            con = getConnection();
            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 {
            close(con, pstmt, null);
        }

    }

    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 {
            //connection은 여기서 닫지 않는다.
            JdbcUtils.closeStatement(pstmt);
        }

    }

    public void delete(String memberId) throws SQLException {
        String sql = "delete from member where member_id=?";

        Connection con = null;
        PreparedStatement pstmt = null;

        try {
            con = getConnection();
            pstmt = con.prepareStatement(sql);
            pstmt.setString(1, memberId);
            pstmt.executeUpdate();
        } catch (SQLException e) {
            log.error("db error", e);
            throw e;
        } finally {
            close(con, pstmt, null);
        }

    }

    private void close(Connection con, Statement stmt, ResultSet rs) {
        JdbcUtils.closeResultSet(rs);
        JdbcUtils.closeStatement(stmt);
        JdbcUtils.closeConnection(con);
    }


    private Connection getConnection() throws SQLException {
        Connection con = dataSource.getConnection();
        log.info("get connection={}, class={}", con, con.getClass());
        return con;
    }


}

커넥션 유지가 필요한 메서드가 추가되었다.

findById(Connection con, String memberId)
update(Connection con, String memberId, int money)

커넥션 유지가 필요한 메서드는 파라미터로 넘어온 커넥션을 사용한다.

커넥션 유지가 필욯나 두 메서드는 리포지토리에서 커넥션을 닫으면 안된다.

서비스 로직이 끝날때 트랜잭션을 종료하고 닫는다.

 

@Slf4j
@RequiredArgsConstructor
public class MemberServiceV2 {

    private final DataSource dataSource;
    private final MemberRepositoryV2 memberRepository;

    public void accountTransfer(String fromId, String toId, int money) throws SQLException {
        Connection con = dataSource.getConnection();
        try {
            con.setAutoCommit(false);//트랜잭션 시작
            //비즈니스 로직
            bizLogic(con, fromId, toId, money);
            con.commit(); //성공시 커밋
        } catch (Exception e) {
            con.rollback(); //실패시 롤백
            throw new IllegalStateException(e);
        } finally {
            release(con);
        }

    }

    private void bizLogic(Connection con, String fromId, String toId, int money) throws SQLException {
        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("이체중 예외 발생");
        }
    }

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

 

트랜잭션 시작하기 위한 커넥션 획득

        Connection con = dataSource.getConnection();

 

수동커밋모드설정

            con.setAutoCommit(false);//트랜잭션 시작

 

try {
    con.setAutoCommit(false);//트랜잭션 시작
    //비즈니스 로직
    bizLogic(con, fromId, toId, money);
    con.commit(); //성공시 커밋
} catch (Exception e) {
    con.rollback(); //실패시 롤백
    throw new IllegalStateException(e);
} finally {
    release(con);
}

정상실행 시 commit

실패시 rollback 설정

finally{ release(con) }을 통해 커넥션을 모두 사용한 뒤 안전하게 종료

 

 

 

---

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

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