스프링 DB 1편 - 데이터 접근 핵심 원리 정리(2)

Jim·2023년 7월 31일
Springboot트랜잭션
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3. 트랜잭션 이해

1. 트랜잭션 - 개념 이해

데이터를 저장할 때 단순히 파일에 저장해도 되는데, 데이터베이스에 저장하는 이유는 뭘까? 가장 대표적인 이유는 데이터베이스는 트랜잭션이라는 개념을 지원하기 때문이다.

1. 1 트랜잭션 ACID

  • 트랜잭션은 ACID라 하는 원자성(Atomicity), 일관성(Consistency), 격리성(Isolation), 지속성(Durability)을 보장해야한다.
    • 원자성: 트랜잭션 내에서 실행한 작업들은 마치 하나의 작업인 것처럼 모두 성공 하거나 모두 실패해야 한다.
    • 일관성: 모든 트랜잭션은 일관성 있는 데이터베이스 상태를 유지해야 한다. 예를 들어 데이터베이스에서 정한 무결성 제약 조건을 항상 만족해야 한다.
    • 격리성: 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: 트랜잭션을 성공적으로 끝내면 그 결과가 항상 기록되어야 한다. 중간에 시스템에 문제가 발생해도 데이터베이스 로그 등을 사용해서 성공한 트랜잭션 내용을 복구해야 한다.
  • 트랜잭션 격리 수준 - Isolation level
    • READ UNCOMMITED (커밋되지 않은 읽기)
    • READ COMMITTED (커밋된 읽기)
    • REPEATABLE READ (반복 가능한 읽기)
    • SERIALIZABLE (직렬화 가능)
  • 참고
    • 여기서는 일반적으로 많이 사용하는 READ COMMITTED (커밋된 읽기) 트랜잭션 격리 수준을 기준으로 설명한다.

2. 데이터베이스 연결 구조와 DB 세션

2. 1 데이터베이스 연결 구조1

  • 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.
  • 세션은 트랜잭션을 시작하고, 커밋 또는 롤백을 통해 트랜잭션을 종료한다. 그리고 이후에 새로운 트랜잭션을 다시 시작할 수 있다.
  • 사용자가 커넥션을 닫거나, 또는 DBA가 세션을 강제로 종료하면 세션은 종료된다.

2. 2 데이터베이스 연결 구조2

  • 커넥션 풀이 10개의 커넥션을 생성하면, 연결된 세션도 10개 만들어진다.

3. 트랜잭션 - 자동 커밋, 수동 커밋

3. 1 자동 커밋

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
  • 자동 커밋으로 설정하면 각각의 쿼리 실행 직후에 자동으로 커밋을 호출한다. 따라서 트랜잭션 기능을 제대로 사용할 수 없다.

3. 2 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
  • 보통 자동 커밋 모드가 기본으로 설정된 경우가 많기 때문에, 수동 커밋 모드로 설정하는 것을 트랜잭션을 시작한다고 표현할 수 있다.

3. 3 참고

  • 수동 커밋 모드나 자동 커밋 모드는 한번 설정하면 해당 세션에서는 계속 유지된다. 중간에 변경하는 것은 가능하다.

4. DB 락

세션이 트랜잭션을 시작하고 데이터를 수정하는 동안에는 커밋이나 롤백 전까지 다르 세션에서 해당 데이터를 수정할 수 없게 막아야 한다.

4. 1 락 타임아웃

  • SET LOCK_TIMEOUT <milliseconds>: 락 타임아웃 시간을 설정한다.
    • 예)SET LOCK_TIMEOUT 10000: 세션이 10초 동안 대기해도 락을 얻지 못하면 락 타임아웃 오류가 발생한다.

4. 2 DB 락 - 조회

  • 일반적인 조회는 락을 사용하지 않는다.
set autocommit false;
select * from member where member_id='memberA' for update;
  • 데이터를 조회할 때도 락을 획득하고 싶다면 위와 같이 select for update구문을 사용한다. 물론 이 경우도 트랜잭션을 커밋하면 락을 반납한다.
    • (추가) 다른 세션에서 일반적인 조회는 가능하나 select for update는 락이 반납될때까지 기다려야 한다.

5. 트랜잭션 - 적용

  • 실제 애플리케이션에 DB 트랜잭션을 사용해서 계좌이체 같이 원자성이 중요한 비즈니스 로직을 어떻게 구현하는지 알아보자.
  • 애플리케이션에서 트랜잭션을 어떤 계층에 걸어야 할까?

5. 1 비즈니스 로직과 트랜잭션

  • 트랜잭션은 비즈니스 로직이 있는 서비스 계층에서 시작해야 한다. 비즈니스 로직이 잘못되면 해당 비즈니스 로직으로 인해 문제가 되는 부분을 함께 롤백해야 하기 때문이다.
  • 트랜잭션을 시작하려면 커넥션이 필요하다. 결국 서비스 계층에서 커넥션을 만들고, 트랜잭션 커밋 이후에 커넥션을 종료해야 한다.
  • 애플리케이션에서 DB 트랜잭션을 사용하려면 트랜잭션을 사용하는 동안 같은 커넥션을 유지해야한다. 그래야 같은 세션을 사용할 수 있다.
    • 가장 단순한 방법은 커넥션을 파라미터로 전달해서 같은 커넥션이 사용되도록 유지한다.

5. 2 MemberRepositoryV2 - 추가

//기존 findById() 밑에 추가
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);
    }
}
//기존 update() 밑에 추가
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);
    }

}
  • MemberRepositoryV2는 기존 코드와 같고 커넥션 유지가 필요한 두 메서드가 추가된다. 위의 두 메서드는 계좌이체 서비스 로직에서 호출되는 메서드이다.
    • 커넥션 유지가 필요한 두 메서드는 파라미터로 넘어온 커넥션을 사용해야 한다. 따라서 con = getConnection()코드가 있으면 안된다.
    • 커넥션 유지가 필요한 두 메서드는 리포지토리에서 커넥션을 닫으면 안된다. 커넥션을 전달 받은 리포지토리 뿐만 아니라 이후에도 커넥션을 계속 이어서 사용하기 때문이다. 이후 서비스 로직이 끝날 때 트랜잭션을 종료하고 닫아야 한다.

5. 3 MemberServiceV2

/**
 * 트랙잭션 - 파라미터 연동, 풀을 고려한 종료
 */
@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); //트랙잭션 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 (풀 사용 안하면 안해도 됨)
                con.close();
            } catch (Exception e) {
                log.info("error", e);
            }
        }
    }
}
  • Connection con = dataSource.getConnection();
    • 트랜잭션을 시작하려면 커넥션이 필요하다.
  • con.setAutoCommit(false); //트랜잭션 시작
    • 트랜잭션을 시작하려면 자동 커밋 모드를 꺼야한다. 이렇게 하면 커넥션을 통해 세션에 set autocommit false가 전달되고, 이후부터는 수동 커밋 모드로 동작한다.
    • 이렇게 자동 커밋 모드를 수동 커밋 모드로 변경하는 것을 트랜잭션을 시작한다고 보통 표현한다.
  • bizLogic(con, fromId, toId, money);
    • 트랜잭션이 시작된 커넥션을 전달하면서 비즈니스 로직을 수행
    • 이렇게 분리한 이유는 트랜잭션을 관리하는 로직과 실제 비즈니스 로직을 구분하기 위함
    • 비즈니스 로직을 보면 리포지토리를 호출할 때 커넥션을 전달하는 것을 확인할 수 있다.
  • con.commit(); //성공시 커밋
    • 비즈니스 로직이 정상 수행되면 트랜잭션을 커밋한다.
  • con.rollback(); //실패시 롤백
    • 비즈니스 로직 수행 도중에 예외가 발생하면 트랜잭션을 롤백한다.
  • release(con);
    • 커넥션을 모두 사용하고 나면 안전하게 종료한다. 현재 수동 커밋 모드로 동작하기 때문에 풀에 돌려주기 전에 기본 값인 자동 커밋 모드로 변경하는 것이 안전하다.

5. 4 MemberServiceV2Test

/**
 * 트랜잭션 - 커넥션 파라미터 전달 방식 동기화
 */
@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
        log.info("START TX");
        memberService.accountTransfer(memberA.getMemberId(), memberB.getMemberId(), 2000);
        log.info("END TX");

        //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("이체중 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 findMemberB = memberRepository.findById(memberEx.getMemberId());
        assertThat(findMemberA.getMoney()).isEqualTo(10000);
        assertThat(findMemberB.getMoney()).isEqualTo(10000);
    }
}
  • 테스트를 수행하기 전에 데이터베이스의 데이터를 삭제한다.
    • delete from member;
  • @AfterEach
    • 다음 테스트에 영향을 주지 않기 위해 테스트에서 사용한 데이터를 모두 제거한다.
  • 트랜잭션 덕분에 계좌이체가 실패할 때 롤백을 수행해서 모든 데이터를 정상적으로 초기화 할 수 있게 되었다. 결과적으로 계좌이체를 수행하기 직전으로 돌아간다.

5. 5 남은 문제

  • 애플리케이션에서 DB 트랜잭션을 적용하려면 서비스 계층이 매우 지저분해지고, 생각보다 매우 복잡한 코드를 요구한다.
  • 커넥션을 유지하도록 코드를 변경하는 것도 쉬운 일은 아니다.
  • 이제부터 스프링을 사용해서 이런 문제들을 해결해보자.

4. 스프링과 문제 해결 - 트랜잭션

1. 문제점들 파악

1. 1 애플리케이션 구조

  • 프레젠테이션 계층
    • UI와 관련된 처리 담당
    • 웹 요청과 응답
    • 사용자 요청을 검증
    • 주 사용 기술: 서블릿과 HTTP 같은 웹 기술, 스프링 MVC
  • 서비스 계층
    • 비즈니스 로직을 담당
    • 주 사용 기술: 가급적 특정 기술에 의존하지 않고, 순수 자바 코드로 작성
  • 데이터 접근 계층
    • 실제 데이터베이스에 접근하는 코드
    • 주 사용 기술: JDBC, JPA, File, Redis, Mongo ...

1. 2 순수한 서비스 계층이란?

  • 가장 중요한 곳은 핵심 비즈니스 로직이 들어있는 서비스 계층이다. UI(웹)와 관련된 부분이 변하고, 데이터 저장 기술을 다른 기술로 변경해도, 비즈니스 로직은 최대한 변경없이 유지되어야 한다.
  • 서비스 계층을 특정 기술에 종속적이지 않게 개발해야 한다.
    • 이렇게 계층을 나눈 이유도 서비스 계층을 최대한 순수하게 유지하기 위한 목적이 크다. 기술에 종속적인 부분은 프레젠테이션 계층, 데이터 접근 계층에서 가지고 간다.
    • 예를 들어 HTTP API를 사용하다가 GRPC 같은 기술로 변경해도 프레젠테이션 계층의 코드만 변경하고, 서비스 계층은 변경하지 않아도 된다.
    • 데이터 접근 계층은 데이터를 저장하고 관리하는 기술을 담당해준다. JDBC, JPA와 같은 구체적인 데이터 접근 기술로부터 서비스 계층을 보호해준다. 물론 서비스 계층에서 데이터 접근 계층을 직접 접근하는 것이 아니라, 인터페이스를 제공하고 서비스 계층은 이 인터페이스에 의존하는 것이 좋다.
  • 서비스 계층이 특정 기술에 종속되지 않기 때문에 비즈니스 로직을 유지보수 하기도 쉽고, 테스트 하기도 쉽다.

1. 3 MemberServiceV2 - 문제점

  • 트랜잭션을 사용하기 위해 javax.sql.DataSource, java.sql.Connection, java.sql.SQLException 같은 JDBC 기술에 의존한다.
  • 향후 JDBC에서 JPA같은 다른 기술로 바꾸어 사용하게 되면 서비스 코드도 모두 함께 변경해야 한다.
  • 핵심 비즈니스 로직과 JDBC 기술이 섞여 있어서 유지보수 하기 어렵다.

2. 문제점들 정리

앞서 개발한 애플리케이션의 문제점은 크게 3가지이다.

  • 트랜잭션 문제
  • 예외 누수 문제
  • JDBC 반복 문제

2. 1 트랜잭션 문제

  • JDBC 구현 기술이 서비스 계층에 누수되는 문제
    • 서비스 계층은 특정 기술에 종속되지 않아야 한다. 노력해서 데이터 접근 계층으로 JDBC 관련 코드를 모았는데, 트랜잭션을 사용하면서 서비스 계층에 JDBC 구현 기술의 누수가 발생했다.
  • 트랜잭션 동기화 문제
    • 똑같은 기능도 트랜잭션용 기능과 트랜잭션을 유지하지 않아도 되는 기능으로 분리해야 한다.
  • 트랜잭션 적용 반복 문제
    • 트랜잭션 적용 코드를 보면 반복이 많다. try, catch, finally ...

2. 2 예외 누수

  • 데이터 접근 계층의 JDBC 구현 기술 예외가 서비스 계층으로 전파된다.
  • SQLException은 체크 예외이기 때문에 데이터 접근 계층을 호출한 서비스 계층에서 해당 예외를 잡아서 처리하거나 명시적으로 throws를 통해서 다시 밖으로 던져야한다.
  • SQLException은 JDBC 전용 기술이다. 향후 JPA나 다른 데이터 접근 기술을 사용하면, 그에 맞는 다른 예외로 변경해야 하고, 결국 서비스 코드도 수정해야 한다.

2. 3 JDBC 반복 문제

  • 지금까지의 MemberRepository 코드는 순수한 JDBC를 사용했다.
  • 이 코드들은 유사한 코드의 반복이 너무 많다.

2. 4 스프링과 문제 해결

  • 스프링은 서비스 계층을 순수하게 유지하면서, 지금까지 이야기한 문제들을 해결할 수 있는 다양한 방법과 기술들을 제공한다. 지금부터 하나씩 해결해보자.

3. 트랜잭션 추상화

현재 서비스 계층은 트랜잭션을 사용하기 위해서 JDBC 기술에 의존하고 있다. 향후 JPA 같은 다른 데이터 접근 기술로 변경하면, 서비스 계층의 트랜잭션 관련 코드도 모두 함께 수정해야 한다. 이 문제를 해결하려면 트랜잭션 기능을 추상화하면 된다.

3. 1 트랜잭션 추상화 인터페이스

public interface TxManager {
	begin();
 	commit();
 	rollback();
}
  • 단순하게 생각하면 위와 같은 인터페이스를 만들어 사용하면 된다.
  • TxManager 인터페이스를 기반으로 각각의 기술에 맞는 구현체를 만들면 된다.
    • 서비스는 특정 트랜잭션 기술에 직접 의존하는 것이 아니라, 추상화된 인터페이스에 의존한다.
    • 원하는 구현체를 DI를 통해서 주입한다.
    • 클라이언트인 서비스는 인터페이스에 의존하고 DI를 사용한 덕분에 OCP 원칙을 지키게 된다. 트랜잭션을 사용하는 서비스 코드를 전혀 변경하지 않고, 트랜잭션 기술을 마음껏 변경할 수 있다.

3. 2 스프링의 트랜잭션 추상화

  • 우리는 스프링이 제공하는 트랜잭션 추상화 기술을 사용하면 된다.
  • 데이터 접근 기술에 따른 트랜잭션 구현체도 대부분 만들어두어서 가져다 사용하기만 하면 된다.
    • 스프링 5.3부터는 JDBC 트랜잭션을 관리할 때 DataSourceTransactionManager를 상속받아서 약간의 기능을 확장한 JdbcTransactionManager를 제공한다. 둘의 기능 차이는 크지 않으므로 같은 것으로 이해하면 된다.
//PlatformTransactionManager 인터페이스
package org.springframework.transaction;

public interface PlatformTransactionManager extends TransactionManager {

	TransactionStatus getTransaction(@Nullable TransactionDefinition definition) 
    		throws TransactionException;

	void commit(TransactionStatus status) throws TransactionException;
	void rollback(TransactionStatus status) throws TransactionException;
}
  • PlatformTransactionManager 인터페이스
    • getTransaction(): 트랜잭션을 시작한다.
      • 이름이 getTransaction()인 이유는 기존에 이미 진행중인 트랜잭션이 있는 경우 해당 트랜잭션에 참여할 수 있기 때문.
    • commit(): 트랜잭션을 커밋
    • rollback(): 트랜잭션을 롤백
  • 앞으로 PlatformTransactionManager 인터페이스와 구현체를 포함해서 트랜잭션 매니저로 줄여서 이야기하겠다.

4. 트랜잭션 동기화

스프링이 제공하는 트랜잭션 매니저는 크게 2가지 역할을 한다.

  • 트랜잭션 추상화
  • 리소스 동기화: 트랜잭션 유지를 위한 커넥션 동기화(맞추어 사용)

4. 1 트랜잭션 매니저와 트랜잭션 동기화 매니저

  • 스프링은 트랜잭션 동기화 매니저를 제공. 이것은 쓰레드 로컬(ThreadLocal)을 사용해서 커넥션을 동기화 해준다.
  • 트랜잭션 매니저는 내부에서 이 트랜잭션 동기화 매니저를 사용한다.
  • 트랜잭션 동기화 매니저는 쓰레드 로컬을 사용하기 때문에 멀티쓰레드 상황에서 안전하게 커넥션을 동기화 할 수 있다.
    • 커넥션이 필요하면 트랜잭션 동기화 매니저를 통해 커넥션을 획득.
    • 파라미터로 커넥션을 전달하지 않아도 된다.
  • 트랜잭션 동기화 매니저 클래스를 열어보면 쓰레드 로컬을 사용하는 것을 확인할 수 있다.
    org.springframework.transaction.support.TransactionSynchronizationManager
    • 쓰레드 로컬을 사용하면 각각의 쓰레드마다 별도의 저장소가 부여된다. 따라서 해당 쓰레드만 해당 데이터에 접근할 수 있다.

4. 2 동작 방식

  1. 트랜잭션을 시작하려면 커넥션이 필요하다. 트랜잭션 매니저는 데이터소스를 통해 커넥션을 만들고 트랜잭션을 시작한다.
  2. 트랜잭션 매니저는 트랜잭션이 시작된 커넥션을 트랜잭션 동기화 매니저에 보관한다.
  3. 리포지토리는 트랜잭션 동기화 매니저에 보관된 커넥션을 꺼내서 사용한다.
  4. 트랜잭션이 종료되면 트랜잭션 매니저는 트랜잭션 동기화 매니저에 보관된 커넥션을 통해 트랜잭션을 종료하고, 커넥션도 닫는다.

5. 트랜잭션 문제 해결 - 트랜잭션 매니저

5. 1 MemberRepositoryV3

//close(), getConnection() 변경
private void close(Connection con, Statement stmt, ResultSet rs) {
	JdbcUtils.closeResultSet(rs);
    JdbcUtils.closeStatement(stmt);
    //주의! 트랙잭션 동기화를 사용하려면 DataSourceUtils를 사용해야 한다.
    DataSourceUtils.releaseConnection(con, dataSource);
}

private Connection getConnection() throws SQLException {
	//주의! 트랜잭션 동기화를 사용하려면 DataSourceUtils를 사용해야 한다.
    Connection con = DataSourceUtils.getConnection(dataSource);
    log.info("get connection={}, class={}", con, con.getClass());
    return con;
}
  • 커넥션을 파라미터로 전달하는 부분은 모두 제거한다.
  • DataSourceUtils.getConnection()
    • 트랜잭션 동기화 매니저가 관리하는 커넥션이 있으면 해당 커넥션을 반환
    • 트랜잭션 동기화 매니저가 관리하는 커넥션이 없는 경우 새로운 커넥션을 생성해서 반환
  • DataSourceUtils.releaseConnection()
    • 트랜잭션을 사용하기 위해 동기화된 커넥션은 커넥션을 닫지 않고 그대로 유지해준다.
    • 트랜잭션 동기화 매니저가 관리하는 커넥션이 없는 경우 해당 커넥션을 닫는다.

5. 2 MemberServiceV3_1

/**
 * 트랙잭션 - 트랜잭션 매니저
 */
@Slf4j
@RequiredArgsConstructor
public class MemberServiceV3_1 {

    private final PlatformTransactionManager transactionManager;
    private final MemberRepositoryV3 memberRepository;

    public void accountTransfer(String fromId, String toId, int money) 
    												throws SQLException {
        //트랜잭션 시작
        TransactionStatus status 
        	= transactionManager.getTransaction(new DefaultTransactionDefinition());

        try {
            //비즈니스 로직
            bizLogic(fromId, toId, money);
            transactionManager.commit(status); //성공시 커밋
        } catch (Exception e) {
            transactionManager.rollback(status); //실패시 롤백
            throw new IllegalStateException(e);
        }

    }

    private void bizLogic(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");
        }
    }
}
  • private final PlatformTransactionManager transactionManager
    • 트랜잭션 매니저를 주입 받는다. 지금은 JDBC 기술을 사용하기 때문에 DataSourceTransactionManager 구현체를 주입 받아야 한다.
  • transactionManager.getTransaction()
    • 트랜잭션을 시작한다.
    • TransactionStatus status를 반환한다. 현재 트랜잭션의 상태 정보가 포함되어 있다. 이후 트랜잭션을 커밋, 롤백할 때 필요하다.
  • new DefaultTransactionDefinition()
    • 트랜잭션과 관련된 옵션을 지정할 수 있다.
  • transactionManager.commit(status)
    • 트랜잭션 성공시 호출
  • transactionManager.rollback(status)
    • 문제 발생시 호출

5. 3 MemberServiceV3_1Test

// V2와 다른 부분
private MemberRepositoryV3 memberRepository;
private MemberServiceV3_1 memberService;

@BeforeEach
void before() {
	DriverManagerDataSource dataSource 
    		= new DriverManagerDataSource(URL, USERNAME, PASSWORD);
    memberRepository 
    		= new MemberRepositoryV3(dataSource);
    PlatformTransactionManager transactionManager 
    		= new DataSourceTransactionManager(dataSource);
    memberService 
    		= new MemberServiceV3_1(transactionManager, memberRepository);
}
  • new DataSourceTransactionManager(dataSource)
    • JDBC용 트랜잭션 매니저 선택해 서비스에 주입
    • 트랜잭션 매니저는 데이터소스를 통해 커넥션을 생성하므로 DataSource가 필요하다.

6. 트랜잭션 매니저 전체 동작 흐름

참고로 여기서는 DataSourceTransactionManager의 동작 방식을 위주로 설명한다. 다른 트랜잭션 매니저는 해당 기술에 맞도록 변형되어 동작한다.

6. 1 트랜잭션 매니저1 - 트랜잭션 시작

  • 클라이언트 요청으로 서비스 로직을 실행한다.
  1. 서비스 계층에서 transactionManager.getTransaction()을 호출해서 트랜잭션을 시작한다.
  2. 트랜잭션을 시작하려면 먼저 데이터베이스 커넥션이 필요하다. 트랜잭션 매니저는 내부에서 데이터소스를 사용해서 커넥션을 생성한다.
  3. 커넥션을 수동 커밋 모드로 변경해서 실제 데이터베이스 트랜잭션을 시작한다.
  4. 커넥션을 트랜잭션 동기화 매니저에 보관한다.
  5. 트랜잭션 동기화 매니저는 쓰레드 로컬에 커넥션을 보관한다. 따라서 멀티 쓰레드 환경에 안전하게 커넥션을 보관할 수 있다.

6. 2 트랜잭션 매니저2 - 로직 실행

  1. 서비스는 비즈니스 로직을 실행하면서 리포지토리의 메서드들을 호출한다. 이때 커넥션을 파라미터로 전달하지 않는다.
  2. 리포지토리 메서드들은 트랜잭션이 시작된 커넥션이 필요하다. 리포지토리는 DataSourceUtils.getConnection()을 사용해서 트랜잭션 동기화 매니저에 보관된 커넥션을 꺼내서 사용한다. 이 과정을 통해 자연스럽게 같은 커넥션을 사용하고, 트랜잭션도 유지된다.
  3. 획득한 커넥션을 사용해서 SQL을 데이터베이스에 전달해서 실행한다.

6. 3 트랜잭션 매니저3 - 트랜잭션 종료

  1. 비즈니스 로직이 끝나고 트랜잭션을 종료한다. (커밋 or 롤백)
  2. 트랜잭션을 종료하려면 동기화된 커넥션이 필요하다. 트랜잭션 동기화 매니저를 통해 동기화된 커넥션을 획득한다.
  3. 획득한 커넥션을 통해 데이터베이스에 트랜잭션을 커밋하거나 롤백한다.
  4. 전체 리소스를 정리한다.
    • 트랜잭션 동기화 매니저를 정리한다. 쓰레드 로컬은 사용후 꼭 정리해야 한다.
    • con.setAutoCommit(true)로 되돌린다. 커넥션 풀을 고려해야 한다.
    • con.close()를 호출해서 커넥션을 종료한다. 커넥션 풀을 사용하는 경우 con.close()를 호출하면 커넥션 풀에 반환된다.

7. 트랜잭션 문제 해결 - 트랜잭션 템플릿

트랜잭션을 사용하는 로직에서 템플릿 콜백 패턴을 활용하면 반복 문제를 깔끔하게 해결할 수 있다.

7.1 트랜잭션 템플릿

  • 템플릿 콜백 패턴을 적용하려면 템플릿을 제공하는 클래스를 작성해야 하는데, 스프링은 TransactionTemplate이라는 템플릿 클래스를 제공한다.
public class TransactionTemplate {
	
    private PlatformTransactionManager transactionManager;
 	
    public <T> T execute(TransactionCallback<T> action){..}
 	void executeWithoutResult(Consumer<TransactionStatus> action){..}
}
  • execute(): 응답 값이 있을 때 사용
  • executeWithoutResult(): 응답 값이 없을 때 사용

7.2 MemberServiceV3_2

// V3_1과 다른 부분
private final TransactionTemplate txTemplate;
private final MemberRepositoryV3 memberRepository;

public MemberServiceV3_2(PlatformTransactionManager transactionManager, 
									MemberRepositoryV3 memberRepository) {
	this.txTemplate = new TransactionTemplate(transactionManager);
    this.memberRepository = memberRepository;
}

public void accountTransfer(String fromId, String toId, int money) 
									throws SQLException {
	txTemplate.executeWithoutResult((status) -> {
    	//비즈니스 로직
        try {
        	bizLogic(fromId, toId, money);
        } catch (SQLException e) {
        	throw new IllegalStateException(e); //언체크 예외(런타임 예외)
        }
    });
}
  • TransactionTemplate을 사용하려면 transactionManager가 필요하다. 생성자에서 transactionManager를 주입 받으면서 TransactionTemplate을 생성했다.
  • 트랜잭션 템플릿 덕분에 트랜잭션을 시작하고, 커밋하거나 롤백하는 코드가 모두 제거되었다.
  • 트랜잭션 템플릿의 기본 동작
    • 비즈니스 로직이 정상 수행되면 커밋한다.
    • 언체크 예외가 발생하면 롤백한다. 그 외의 경우 커밋한다. (체크 예외는 커밋)
  • 코드에서 예외를 처리하기 위해 try~catch가 들어갔는데, bizLogic()메서드를 호출하면 SQLException 체크 예외를 넘겨준다. 해당 람다에서 체크 예외를 밖으로 던질 수 없기 때문에 언체크 예외로 바꾸어 던지도록 예외를 전환했다.

7. 3 MemberServiceV3_2Test

  • V3_1에서 MemberServiceV3_1만 MemberServiceV3_2로 바꿔준다.

8. 트랜잭션 문제 해결 - 트랜잭션 AOP 이해

  • 지금까지 트랜잭션을 편리하게 처리하기 위해서 트랜잭션 추상화도 도입하고, 반복적인 트랜잭션 로직을 해결하기 위해 트랜잭션 템플릿도 도입했다.
  • 트랜잭션 템플릿 덕분에 트랜잭션을 처리하는 반복 코드는 해결할 수 있었다. 하지만 서비스 계층에 순수한 비즈니스 로직만 남긴다는 목표는 아직 달성하지 못했다.
  • 이럴 때 스프링 AOP를 통해 프록시를 도입하면 문제를 깔끔하게 해결할 수 있다.

8. 1 프록시를 통한 문제 해결

  • 프록시를 도입하기 전에는 서비스 로직에서 트랜잭션을 직접 시작한다.
  • 프록시를 사용하면 트랜잭션을 처리하는 객체와 비즈니스 로직을 처리하는 서비스 객체를 명확하게 분리할 수 있다.
//트랜잭션 프록시 코드 예시
public class TransactionProxy {

	private MemberService target;
 
 	public void logic() {
        //트랜잭션 시작
 		TransactionStatus status = transactionManager.getTransaction(..);
 		try {
 			//실제 대상 호출
 			target.logic();
 			transactionManager.commit(status); //성공시 커밋
 		} catch (Exception e) {
 			transactionManager.rollback(status); //실패시 롤백
 			throw new IllegalStateException(e);
 		}
 	}
}
//트랜잭션 프록시 적용 후 서비스 코드 예시
public class Service {
	
    public void logic() {
 		//트랜잭션 관련 코드 제거, 순수 비즈니스 로직만 남음
 		bizLogic(fromId, toId, money);
 	}
}
  • 프록시 도입 후 트랜잭션 프록시가 트랜잭션 처리 로직을 모두 가져간다. 그리고 트랜잭션을 시작한 후에 실제 서비스를 대신 호출한다.
  • 트랜잭션 프록시 덕분에 서비스 계층에는 순수한 비즈니스 로직만 남길 수 있다.

9. 스프링이 제공하는 트랜잭션 AOP

  • 스프링이 제공하는 AOP 기능을 사용하면 프록시를 매우 편리하게 적용할 수 있다.
  • 스프링 AOP를 직접 사용해서 트랜잭션을 처리해도 되지만, 스프링은 트랜잭션 AOP를 처리하기 위한 모든 기능을 제공한다. 스프링 부트를 사용하면 트랜잭션 AOP를 처리하기 위해 필요한 스프링 빈들도 자동으로 등록해준다.
  • 트랜잭션 처리가 필요한 곳에 @Transactional 애노테이션만 붙여주면 된다. 스프링의 트랜잭션 AOP는 이 애노테이션을 인식해서 트랜잭션 프록시를 적용해준다.

9. 1 참고

  • 스프링 AOP를 적용하려면 어드바이저, 포인트컷, 어드바이스가 필요하다. 스프링은 트랜잭션 AOP 처리를 위해 다음 클래스를 제공한다. 스프링 부트를 사용하면 해당 빈들은 스프링 컨테이너에 자동으로 등록된다.
    • 어드바이저: BeanFactoryTransactionAttributeSourceAdvisor
    • 포인트컷: TransactionAttributeSourcePointcut
    • 어드바이스: TransactionInterceptor

10. 트랜잭션 문제 해결 - 트랜잭션 AOP 적용

10. 1 MemberServiceV3_3

/**
 * 트랙잭션 - @Transactional AOP
 */
@Slf4j
public class MemberServiceV3_3 {

    private final MemberRepositoryV3 memberRepository;

    public MemberServiceV3_3(MemberRepositoryV3 memberRepository) {
        this.memberRepository = memberRepository;
    }

    @Transactional
    public void accountTransfer(String fromId, String toId, int money) 
    								throws SQLException {
        bizLogic(fromId, toId, money);
    }

    private void bizLogic(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");
        }
    }
}
  • @Transactional 애노테이션은 메서드에 붙여도 되고, 클래스에 붙여도 된다. 클래스에 붙이면 외부에서 호출 가능한 public 메서드가 AOP 적용 대상이 된다.

10. 2 MemberServiceV3_3Test

/**
 * 트랜잭션 - @Transactional AOP
 */
@Slf4j
@SpringBootTest
class MemberServiceV3_3Test {

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

    @Autowired
    private MemberRepositoryV3 memberRepository;
    @Autowired
    private MemberServiceV3_3 memberService;

    @TestConfiguration
    static class TestConfig {
        @Bean
        DataSource dataSource() {
            return new DriverManagerDataSource(URL, USERNAME, PASSWORD);
        }

        @Bean
        PlatformTransactionManager transactionManager() {
            return new DataSourceTransactionManager(dataSource());
        }

        @Bean
        MemberRepositoryV3 memberRepositoryV3() {
            return new MemberRepositoryV3(dataSource());
        }

        @Bean
        MemberServiceV3_3 memberServiceV3_3() {
            return new MemberServiceV3_3(memberRepositoryV3());
        }
    }

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

    @Test
    void AopCheck() {
        log.info("memberService class={}", memberService.getClass());
        log.info("memberRepository class={}", memberRepository.getClass());
        Assertions.assertThat(AopUtils.isAopProxy(memberService)).isTrue();
        Assertions.assertThat(AopUtils.isAopProxy(memberRepository)).isFalse();
    }

    @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
        log.info("START TX");
        memberService.accountTransfer(memberA.getMemberId(), 
        							memberB.getMemberId(), 2000);
        log.info("END TX");

        //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("이체중 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 findMemberB = memberRepository.findById(memberEx.getMemberId());
        assertThat(findMemberA.getMoney()).isEqualTo(10000);
        assertThat(findMemberB.getMoney()).isEqualTo(10000);
    }
}
  • @SpringBootTest: 스프링 AOP를 적용하려면 스프링 컨테이너가 필요하다. 이 애노테이션이 있으면 테스트시 스프링 부트를 통해 스프링 컨테이너를 생성한다. 그리고 테스트에서 @Autowired등을 통해 스프링 컨테이너가 관리하는 빈들을 사용할 수 있다.
  • @TestConfiguration: 테스트 안에서 내부 설정 클래스를 만들어서 사용하면서 이 애노테이션을 붙이면, 스프링 부트가 자동으로 만들어주는 빈들에 추가로 필요한 스프링 빈들을 등록하고 테스트를 수행할 수 있다.
  • TestConfig
    • DataSource: 스프링에서 기본으로 사용할 데이터소스를 스프링 빈으로 등록한다. 추가로 트랜잭션 매니저에서도 사용한다.
    • DataSourceTransactionManager: 트랜잭션 매니저를 스프링 빈으로 등록한다.
      • 스프링이 제공하는 트랜잭션 AOP는 스프링 빈에 등록된 트랜잭션 매니저를 찾아서 사용하기 때문에 트랜잭션 매니저를 스프링 빈으로 등록해두어야 한다.
//AopCheck() 실행 결과
memberService class=class hello.jdbc.service.MemberServiceV3_3$
$EnhancerBySpringCGLIB$$...
memberRepository class=class hello.jdbc.repository.MemberRepositoryV3
  • memberService에 EnhancerBySpringCGLIB..라는 부분을 통해 프록시(CGLIB)가 적용된 것을 확인할 수 있다.

11. 트랜잭션 문제 해결 - 트랜잭션 AOP 정리

11. 1 트랜잭션 AOP 적용 전체 흐름

11. 2 선언적 트랜잭션 관리 vs 프로그래밍 방식 트랜잭션 관리

  • 선언적 트랜잭션 관리(Declarative Transaction Management)
    • @Transactional 애노테이션 선언
    • 과거 XML에 설정하기도 했다.
  • 프로그래밍 방식의 트랜잭션 관리(Programmatic Transaction Management)
    • 트랜잭션 매니저 또는 트랜잭션 템플릿 등을 사용해 관련 코드 직접 작성
  • 실무에서는 대부분 선언적 트랜잭션 관리 사용
  • 프로그래밍 방식의 트랜잭션 관리는 스프링 컨테이너나 스프링 AOP 기술 없이 간단히 사용할 수 있음. 테스트 시에 가끔 사용.

12. 스프링 부트의 자동 리소스 등록

스프링 부트가 등장하기 이전에는 데이터소스와 트랜잭션 매니저를 개발자가 직접 스프링 빈으로 등록해서 사용했다. 스프링 부트가 나오면서 많은 부분이 자동화되었다.

12. 1 데이터 소스 - 자동 등록

  • 스프링 부트는 데이터소스(DataSource)를 스프링 빈에 자동으로 등록한다.
  • 자동으로 등록되는 스프링 빈 이름: dataSource
  • 개발자가 직접 데이터소스를 빈으로 등록하면 스프링 부트는 데이터소스를 자동으로 등록하지 않는다.
spring.datasource.url=jdbc:h2:tcp://localhost/~/test
spring.datasource.username=sa
spring.datasource.password=
  • 스프링 부트는 위와 같이 application.properties에 있는 속성을 사용해서 DataSource를 생성한 후 스프링 빈에 등록한다.
  • 스프링 부트가 기본으로 생성하는 데이터소스는 커넥션풀을 제공하는 HikariDataSource이다. 커넥션풀과 관련된 설정도 application.properties를 통해서 할 수 있다.
  • spring.datasource.url 속성이 없으면 내장 데이터베이스(메모리 DB)를 생성하려고 시도한다.

12. 2 트랜잭션 매니저 - 자동 등록

  • 스프링 부트는 적절한 트랜잭션 매니저(PlatformTransactionManager)를 자동으로 스프링 빈에 등록한다.
  • 자동으로 등록되는 스프링 빈 이름: transactionManager
  • 개발자가 직접 트랜잭션 매니저를 빈으로 등록하면 스프링 부트는 트랜잭션 매니저를 자동으로 등록하지 않는다.
  • 어떤 트랜잭션 매니저를 선택할지는 현재 등록된 라이브러리를 보고 판단하는데, JDBC를 기술을 사용하면 DataSourceTransactionManager를 빈으로 등록하고, JPA를 사용하면 JpaTransactionManager를 빈으로 등록한다. 둘다 사용하는 경우 JpaTransactionManager를 등록한다. JpaTransactionManager는 DataSourceTransactionManager가 제공하는 기능도 대부분 지원한다.

13. 데이터소스와 트랜잭션 매니저 자동 등록

13.1 application.properties

spring.datasource.url=jdbc:h2:tcp://localhost/~/test
spring.datasource.username=sa
spring.datasource.password=

13.2 MemberServiceV3_4Test

//V3_3TEST와 다른 부분
@TestConfiguration
static class TestConfig {

	private final DataSource dataSource;

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

    @Bean
    MemberRepositoryV3 memberRepositoryV3() {
    	return new MemberRepositoryV3(dataSource);
    }

    @Bean
    MemberServiceV3_3 memberServiceV3_3() {
    	return new MemberServiceV3_3(memberRepositoryV3());
    }
}
  • 데이터소스와 트랜잭션 매니저를 스프링 빈으로 등록하는 코드가 생략되었다.

13. 3 정리

스프링 DB 1편 - 데이터 접근 핵심 원리

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1개의 댓글

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happy
2023년 7월 31일

정보 감사합니다.

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