[스프링 DB 1편] - 트랜잭션(Transaction) 이해(1)

Chooooo·2023년 1월 14일
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스프링 DB 1편

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이 글은 강의 : 김영한님의 - "[스프링 DB 1편 - 데이터 접근 핵심 원리]"을 듣고 정리한 내용입니다. 😁😁

이번 시간부터 트랜잭션에 대해서 공부해볼 것이다. 🤣🤣
개발 공부를 하다가 Transaction이라는 용어를 많이 들어는 보았다. 그리고 사용도 해왔었다. 하지만 그 의미를 모른채 그냥저냥 사용했었다. 대충.. 뉘앙스만 느끼면서 사용했던 것 같다. 이런 느낌을 받은 내가 이제 트랜잭션에 대해 깊이 이해해볼 것이다.

트랜잭션 - 개념이해

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

Transaction

트랜잭션을 이름 그대로 번역하면 거래인데, 이것을 쉽게 풀어서 생각하면 데이터베이스에서 트랜잭션은 하나의 거래(작업)를 안전하게 처리하도록 보장해주는 것을 뜻한다. 그런데 하나의 거래를 안전하게 처리하려면 생각보다 고려해야 할 점이 많다.
(DB에서 상태변화의 주기라고 생각해도 돼 → 데이터베이스의 상태를 변화시키기 위해 수행되는 작업의 단위)

  • 예를 들어 A의 5000원을 B에게 계좌이체한다고 생각하면 A의 잔고를 5000원 감소, B의 잔고를 5000원 증가해야 한다.
  1. A의 잔고 5000원 감소
  2. B의 잔고 5000원 증가

계좌이체라는 거래는 이렇게 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 둘 다 함께 성공해야 저장하고, 중간에 하나라도 실패하면 거래 전의 상태로 돌아갈 수 있다.

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

  • 트랜잭션 커밋 : 작업이 마무리 됨
  • 트랜잭션 롤백 : 작업을 취소하고 이전의 상태로 돌림

트랜잭션 ACID

트랜잭션은 ACID를 보장해야 한다.

🎃 원자성(Atomicity) : 트랜잭션 내에서 실행한 작업들은 마치 하나의 작업인 것처럼 모두 성공하거나 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 수준을 선택할 수 있다.

🎃 지속성(Durability) : 트랜잭션을 성공적으로 끝내면 그 결과가 항상 기록되어야 한다. 중간에 시스템에 문제가 발생해도 데이터베이스 로그 등을 사용해서 성공한 내용을 복구해야 한다.

데이터베이스 연결 구조와 DB 세션

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

🎃 데이터베이스 연결 구조1

  • 사용자는 웹 애플리케이션 서버(WAS)나 DB 접근 툴 같은 클라이언트(요청하는 사람, DB입장에서 WAS,DB접근 툴은 클라이언트)를 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.

  • 쉽게 이야기해서 개발자가 클라이언트를 통해 SQL을 전달하면 현재 커넥션에 연결된 세션이 SQL을 실행한다.
    (세션에서 실제 데이터베이스 서버에 있는 어떤 동작을 한다고 이해하면 돼)

  • 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.

🎃 데이터베이스 연결 구조2

커넥션 풀이 10개의 커넥션을 생성하면, 세션도 10개 만들어진다.

트랜잭션 - 자동 커밋, 수동 커밋

  • H2 데이터베이스를 활용해 실습을 진행한다.

간단한 예제를 통해 직접 DB에 SQL을 작성하며 트랜잭션이 어떻게 작동하는지 알아보자.

  1. 회원 A, B는 모두 10000원의 금액 보유
  2. A → B에게 2000원의 송금 발생
drop table member if exists;
create table member (
 member_id varchar(10),
 money integer not null default 0,
 primary key (member_id)
);

자동 커밋, 수동 커밋

트랜잭션을 사용하려면 먼저 자동 커밋과 수동 커밋을 이해해야 한다. 자동커밋으로 설정하면 각각의 쿼리 실행 직후에 자동으로 커밋을 호출(기본)한다. 따라서 커밋이나 롤백을 직접 호출하지 않아도 되는 편리함이 있다. 하지만 쿼리를 하나하나 실행할 때마다 자동으로 커밋이 되어버리기 때문에 우리가 원하는 트랜잭션 기능을 제대로 사용할 수 없다.

(커밋을 호출하기 전까지는 임시로 데이터를 저장하는 것!!)
→ 따라서 해당 트랜잭션을 시작한 세션(사용자)에게만 변경 데이터가 보이고, 다른 세션(사용자)에게는 변경 데이터가 보이지 않는다.

🎃 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, rollback을 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, rollback을 호출해야 한다.

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

이제 본격적으로 트랜잭션을 통한 계좌이체를 진행하자.

트랜잭션 실습 (데이터베이스 콘솔로)

  • 기본 데이터

🎃 데이터 초기화 SQL

//데이터 초기화
set autocommit true;
delete from member;
insert into member(member_id, money) values ('oldId',10000);

  • 자동 커밋 모드를 사용했기 때문에 별도로 커밋을 호출하지 않아도 된다.
    (select * from member;)

  • 세션1 신규 데이터 추가

  • 세션1 신규 데이터 추가 SQL

//트랜잭션 시작
set autocommit false; //수동 커밋 모드
insert into member(member_id, money) values ('newId1',10000);
insert into member(member_id, money) values ('newId2',10000);

아직 세션1이 커밋을 하지 않은 상태이기 때문에 세션1에서는 입력한 데이터가 보이지만, 세션2에서는 입력한 데이터가 보이지 않는 것을 확인할 수 있다.

커밋 - commit

세션 1에서 신규 데이터를 입력했는데, 아직 커밋하지 않음. 이제 커밋해서 데이터베이스 결과 반영하기

  • 세션1 신규 데이터 추가 후 commit

🎈 세션1이 트랜잭션을 커밋했기 때문에 데이터베이스에 실제 데이터가 반영된다. 커밋 이후에는 모든 세션에서 데이터를 조회할 수 있다.

롤백 - rollback

다시 처음으로(트랜잭션 이전) 돌리기 위해 데이터 초기화 진행

  • 기본 데이터
//데이터 초기화
set autocommit true;
delete from member;
insert into member(member_id, money) values ('oldId',10000);
  • 세션1 신규 데이터 추가 후
//트랜잭션 시작
set autocommit false; //수동 커밋 모드
insert into member(member_id, money) values ('newId1',10000);
insert into member(member_id, money) values ('newId2',10000);

아직 세션1이 커밋을 하지 않은 상태이기 때문에 세션1에서 입력한 데이터가 보이지만, 세션2에서는 입력한 데이터가 보이지 않음.

  • 세션1 신규 데이터 추가 후 rollback

🎈 롤백으로 데이터가 DB에 반영되지 않은 것을 확인할 수 있다.

트랜잭션 - 계좌이체

이번에는 계좌이체 예제를 통해 트랜잭션이 어떻게 사용되는지 자세히 보자

3가지 상황

  • 계좌이체 정상
  • 계좌이체 문제 상황 - 커밋
  • 계좌이체 문제 상황 - 롤백

기본 데이터 입력

SQL로 기본 데이터를 설정

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

계좌이체 실행

  • memberA의 돈을 memberB에게 2000원 계좌이체 하는 트랜잭션을 실행해보자. (2번의 update 쿼리가 수행되어야 함.)

  • set autocommit false로 설정

set autocommit false;
update member set money=10000 - 2000 where member_id = 'memberA';
update member set money=10000 + 2000 where member_id = 'memberB';
  • 아직 커밋하지 않았으므로 다른 세션에는 기존 데이터가 조회된다.(임시 저장 상태)

커밋


commit

🎈 commit 명령어를 실행하면 데이터베이스에 결과 반영
🎈 다른 세션에서도 memberA의 금액이 8000원으로 줄어들고, memberB의 금액이 12000원으로 증가한 것을 확인

계좌이체 문제 상황 - 커밋

다시 기본 데이터 상황에서 계좌이체를 싱행해보자.

  • 계좌이체를 실행하는 도중 SQL에 문제가 발생한다. 그래서 memberA의 돈을 2000원 줄이는 것에는 성공했지만, memberB의 돈을 2000원 증가시키는 것에 실패
  • 두번째 SQL은 member_iddd라는 필드 오타가 존재. 두번째 update 쿼리 실행시 SQL 오류가 발생하는 것을 확인
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

🎃 여기서 문제는 memberA 의 돈은 2000원 줄어들었지만, memberB 의 돈은 2000원 증가하지 않았다는 점이다. 결과적으로 계좌이체는 실패하고 memberA 의 돈만 2000원 줄어든 상황이다.

  • 강제 커밋을 하게 된다면 ?
    이 상황에서 강제 commit 명령어 호출한다면 계좌이체는 실패하고 memberA의 돈만 2000원 줄어드는 심각한 문제가 발생한다.

🎈 이렇게 중간에 문제가 발생했을 때는 커밋을 호출하면 안된다. 롤백을 호출해서 데이터를 트랜잭션 시작 시점으로 원상 복구 시켜야 한다 !

계좌이체 문제 상황 - 롤백

중간에 문제가 발생했을 때 롤백을 호출해서 트랜잭션 시작 시점으로 데이터 원상복구
(기본 데이터 상황에서 다시 시작)

계좌이체 실행

아까와 같은 똑같은 오류를 확인할 수 있다.

롤백

🎈 이럴 때는 롤백(rollback)을 호출해서 트랜잭션을 시작하기 전 단계로 데이터를 복구해야 한다. 롤백을 사용한 덕분에 계좌이체를 실행하기 전 상태로 돌아왔다.
(memberA, memberB 모두 10000원으로 돌아옴)

정리

🎃 원자성: 트랜잭션 내에서 실행한 작업들은 마치 하나의 작업인 것처럼 모두 성공 하거나 모두 실패해야 한다.
트랜잭션의 원자성 덕분에 여러 SQL 명령어를 마치 하나의 작업인 것 처럼 처리할 수 있었다. 성공하면 한번에 반영하고, 중간에 실패해도 마치 하나의 작업을 되돌리는 것 처럼 간단히 되돌릴 수 있다.

🎃 오토 커밋
만약 오토 커밋 모드로 동작하는데, 계좌이체 중간에 실패하면 어떻게 될까? 쿼리를 하나 실행할 때 마다 바로바로 커밋이 되어버리기 때문에 memberA 의 돈만 2000원 줄어드는 심각한 문제가 발생한다.

🎃 트랜잭션 시작
따라서 이런 종류의 작업은 꼭 수동 커밋 모드를 사용해서 수동으로 커밋, 롤백 할 수 있도록 해야 한다. 보통 이렇게 자동 커밋 모드에서 수동 커밋 모드로 전환 하는 것을 트랜잭션을 시작한다고 표현한다.

다음 시간부터 트랜잭션의 개념을 좀 더 자세히 이해하기 위해 데이터베이스 락(Lock)에 대해서 공부하자.

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