Transaction이란

transaction의 사전적 의미는 '거래'이다.

이 정의를 DB에서 사용되는 transaction에 적용하면,
하나의 거래를 안전하게 처리하도록 보장해주는 것을 뜻한다.

그런데 하나의 거래를 안전하게 처리하려면 생각보다 고려해야 할 점이 많다.

예를 들어서 A의 5000원을 B에게 계좌이체한다고 생각해보자.
이 '5000원 계좌이체'를 수행하기 위해서는
'A의 잔고를 5000원 감소'하고, 'B의 잔고를 5000원 증가'해야한다.

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
1번과 2범 모두 함께 성공해야 결과를 저장하고,
만약 1번은 성공했는데 2번에서 문제가 발생하면 계좌이체는 실패하고 거래 전의 상태로 완전히 돌아갈 수 있다. (결과적으로 A의 잔고가 감소하지 않는다)

모든 작업이 성공해서 데이터베이스에 정상 반영하는 것을 Commit이라 하고, 작업 중 하나라도 실패해서 거래 이전으로 되돌리는 것을 Rollback이라 한다.

Transaction 사용법

commit 과 rollback

데이터 변경 쿼리를 실행하고 데이터베이스에 그 결과를 반영하려면 commit 을 호출
결과를 반영하고 싶지 않으면 rollback을 호출

commit을 호출하기 전까지는 임시로 데이터를 저장
-> 따라서 해당 트랜잭션을 시작한 세션(사용자) 에게만 변경 데이터가 보이고 다른 세션(사용자)에게는 변경 데이터가 보이지 않는다.

자동 커밋과 수동 커밋

• 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 때 마다 자동으로 커밋이 되어버리기 때문에 우리가 원하는 트랜잭션 기능을 제대로 사용할 수 없다.
  • 자동 커밋 설정법 : set autocommit true
• 수동 커밋
  • 수동 커밋으로 설정하면 이후에 꼭 commit, rollback을 호출해야 한다.
  • commit , rollback 을 직접 호출하면서 트랜잭션 기능을 제대로 수행하려면 자동 커밋을 끄고 수동 커밋을 사용해야 한다.
  • 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.
  • 수동 커밋 설정법 : set autocommit false

Transaction 예제

• 기본 데이터
  세션1, 세션2 둘다 가운데 있는 기본 테이블을 조회하면 해당 데이터가 그대로 조회된다.

• 신규 데이터 추가 직후
  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.

• 신규 데이터 추가 후 commit
  세션1이 신규 데이터를 추가한 후에 commit 을 호출했다.
  commit 으로 새로운 데이터가 실제 데이터베이스에 반영된다. 데이터의 상태도 임시 완료로
  변경되었다.
  이제 다른 세션에서도 회원 테이블을 조회하면 신규 회원들을 확인할 수 있다.

• 신규 데이터 추가 후 rollback
  세션1이 신규 데이터를 추가한 후에 rollback 을 호출했다.
  세션1이 데이터베이스에 반영한 모든 데이터가 처음 상태로 복구된다.
  수정하거나 삭제한 데이터도 rollback 을 호출하면 모두 트랜잭션을 시작하기 직전의 상태로 복구된다.

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 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.

세션1은 memberA 의 금액을 500원으로 변경하고 싶고, 세션2는 같은 memberA 의 금액을 1000원으로 변경하고 싶다.
데이터베이스는 이런 문제를 해결하기 위해 락(Lock)이라는 개념을 제공한다.
다음 예시를 통해 동시에 데이터를 수정하는 문제를 락으로 어떻게 해결하는지 자세히 알아보자.

1. 세션1은 트랜잭션을 시작한다.
2. 세션1은 memberA 의 money 를 500으로 변경을 시도한다. 이때 해당 로우의 락을 먼저 획득해야 한다. 락이 남아 있으므로 세션1은 락을 획득한다. (세션1이 세션2보다 조금 더 빨리 요청했다.)
3. 세션1은 락을 획득했으므로 해당 로우에 update sql을 수행한다.

4. 세션2는 트랜잭션을 시작한다.
5. 세션2도 memberA 의 money 데이터를 변경하려고 시도한다. 이때 해당 로우의 락을 먼저 획득해야 한다. 락이 없으므로 락이 돌아올 때 까지 대기한다.

• 참고로 세션2가 락을 무한정 대기하는 것은 아니다. 락 대기 시간을 넘어가면 락 타임아웃 오류가 발생한다.
• 락 대기 시간은 설정할 수 있다.
• SET LOCK_TIMEOUT 60000 : 락 획득 시간을 60초로 설정한다. 60초 안에 락을 얻지 못하면 예외가 발생한다.

6. 세션1은 커밋을 수행한다. 커밋으로 트랜잭션이 종료되었으므로 락도 반납한다.

락을 획득하기 위해 대기하던 세션2가 락을 획득한다.

7. 세션2는 update sql을 정상 수행한다.

8. 세션2는 커밋을 수행하고 트랜잭션이 종료되었으므로 락을 반납한다.

조회할 때의 DB 락

일반적인 조회는 락을 사용하지 않는다
데이터베이스마다 다르지만, 보통 데이터를 조회할 때는 락을 획득하지 않고 바로 데이터를 조회할 수 있다.예를 들어서 세션1이 락을 획득하고 데이터를 변경하고 있어도, 세션2에서 데이터를 조회는 할 수 있다. 물론 세션2에서 조회가 아니라 데이터를 변경하려면 락이 필요하기 때문에 락이 돌아올 때 까지 대기해야 한다.

조회와 락
데이터를 조회할 때도 락을 획득하고 싶을 때가 있다. 이럴 때는 select for update 구문을 사용하면 된다. (select * from member where member_id='memberA' for update;)
이렇게 하면 세션1이 조회 시점에 락을 가져가버리기 때문에 다른 세션에서 해당 데이터를 변경할 수 없다. 물론 이 경우도 트랜잭션을 커밋하면 락을 반납한다.

조회 시점에 락이 필요한 경우는 언제일까?
트랜잭션 종료 시점까지 해당 데이터를 다른 곳에서 변경하지 못하도록 강제로 막아야 할 때 사용한다. 예를 들어서 애플리케이션 로직에서 memberA 의 금액을 조회한 다음에 이 금액 정보로 애플리케이션에서 어떤 계산을 수행한다. 그런데 이 계산이 돈과 관련된 매우 중요한 계산이어서 계산을 완료할 때 까지 memberA 의 금액을 다른곳에서 변경하면 안된다. 이럴 때 조회 시점에 락을 획득하면 된다.

트랜잭션과 락은 데이터베이스마다 실제 동작하는 방식이 조금씩 다르기 때문에, 해당 데이터베이스 메뉴얼을 확인해보고, 의도한대로 동작하는지 테스트한 이후에 사용하자.

Transaction을 Java 코드에서 사용해보자

애플리케이션에서 트랜잭션을 어떤 계층에 걸어야 할까? 쉽게 이야기해서 트랜잭션을 어디에서 시작하고, 어디에서 커밋해야할까?

트랜잭션은 비즈니스 로직이 있는 서비스 계층에서 시작해야 한다. 비즈니스 로직이 잘못되면 해당 비즈니스 로직으로 인해 문제가 되는 부분을 함께 롤백해야 하기 때문이다.
그런데 트랜잭션을 시작하려면 커넥션이 필요하다.
결국 서비스 계층에서 커넥션을 만들고, 트랜잭션 커밋(또는 롤백) 이후에 커넥션을 종료해야 한다.

애플리케이션에서 같은 커넥션을 유지하려면 어떻게 해야할까? 가장 단순한 방법은 커넥션을 파라미터로 전달해서 같은 커넥션이 사용되도록 유지하는 것이다.

먼저 Repository가 파라미터를 통해 같은 커넥션을 유지할 수 있도록 파라미터를 추가하자.

기존 코드

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);
            pstmt.executeUpdate();
        } catch (SQLException e) {
            log.error("db error", e);
            throw e;
        } finally {
            close(con, pstmt, null);
		}
}

connection 유지하도록 수정

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

커넥션 유지가 필요한 메서드는 파라미터로 넘어온 커넥션을 사용해야 한다. 따라서 con = getConnection() 코드가 있으면 안된다.
커넥션 유지가 필요한 메서드는 리포지토리에서 커넥션을 닫으면 안된다. 커넥션을 전달 받은 메소드에서 뿐만 아니라 이후에도 커넥션을 계속 이어서 사용하기 때문이다. 이후 서비스 로직이 끝날 때 트랜잭션을 종료하고 닫아야 한다.

이제 실제 트랜잭션 로직이 담긴 service를 작성해보자.

@RequiredArgsConstructor
public class MemberService {
      private final DataSource dataSource;
      private final MemberRepositoryV2 memberRepository;
      public void accountTransfer(String fromId, String toId, int money) throws SQLException {
          Connection con = dataSource.getConnection(); //트랜잭션을 시작하기 위해서는 connection이 필요하다
          try {
              con.setAutoCommit(false); //트랜잭션 시작 (자동커밋모드를 수동커밋모드로 변경)
              bizLogic(con, fromId, toId, money); //비즈니스 로직
              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); //connection pool일 경우 고려
                      con.close(); //connection 종료
                   } catch (Exception e) {
                      log.info("error", e);
                   }
              }
       }
}

참고) 커넥션을 모두 사용하고 나면 안전하게 종료한다(release메소드). 그런데 커넥션 풀을
사용하면 con.close() 를 호출 했을 때 커넥션이 종료되는 것이 아니라 풀에 반납된다. 현재 수동 커밋 모드로 동작하기 때문에 풀에 돌려주기 전에 기본 값인 자동 커밋 모드로 변경하는 것이 안전하다.

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트랜잭션 덕분에 계좌이체가 실패할 때 롤백을 수행해서 모든 데이터를 정상적으로 초기화 할 수 있게 되었다. 결과적으로 계좌이체를 수행하기 직전으로 돌아가게 된다.

하지만, 애플리케이션에서 DB 트랜잭션을 적용하려면 서비스 계층이 매우 지저분해지고, 생각보다 매우 복잡한 코드를 요구한다. 추가로 커넥션을 유지하도록 코드를 변경하는 것도 쉬운 일은 아니다.
무엇보다도 큰 문제는 service 계층에 connection또는 commit, rollback등 DB관련 기술들이 등장한다. service계층은 최대한 순수한 비즈니스 로직으로 이루어져 있어야하는데 말이다!

다음 포스팅에서는 스프링을 사용하여 이런 문제들을 해결해보자.

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참고) DB서버 연결구조와 DB 세션

사용자는 WAS나 DB 접근 툴 같은 클라이언트를 사용해서 DB서버에 접근할 수 있다.
클라이언트는 DB서버에 연결을 요청하고 커넥션을 맺게 된다.
이때 데이터베이스 서버는 내부에 세션이라는 것을 만든다. 그리고 앞으로 해당 커넥션을 통한 모든 요청은 이 세션을 통해서 실행하게 된다.
쉽게 이야기해서 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.

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인프런 김영한님의 스프링 DB1의 [섹션3. 트랜잭션 이해]를 정리한 글입니다.