[스프링 DB 1편] - 트랜잭션(Transaction) 이해(2)

Chooooo·2023년 1월 15일

Spring 데이터베이스 트랜잭션

스프링 DB 1편

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

DB 락 - 개념 이해

앞에 내용에 이어서 락(Lock)에 대해서 공부해보자.

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.

락

take0

🎃 세션1은 memberA의 금액을 500원으로 변경하고 싶고, 세션2는 같은 memberA의 금액을 1000원으로 변경하고 싶다.

데이터베이스는 이런 문제를 해결하기 위해 락(Lock)이라는 개념을 제공

take1

세션1은 트랜잭션을 시작한다.
세션1은 memberA의 money를 500으로 변경을 시동한다. 이때 해당 로우의 락을 먼저 획득해야 한다.

락이 남아 있으므로 세션1은 락을 획득한다. (세션1이 더 빨리 요청했다는 가정)

세션1은 락을 획득했으므로 해당 로우에 SQL을 실행

take2

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.

take3

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

take4

락을 획득하기 위해 대기하던 세션2가 락을 획득한다.

take5

7. 세션2는 update sql을 수행한다.

take6

8. 세션2는 커밋을 수행하고 트랜잭션이 종료되었으므로 락을 반납한다.

DB 락 - 조회

일반적인 조회는 락을 사용하지 않는다.

데이터베이스마다 다르지만, 보통 데이터를 조회할 때는 락을 획득하지 않고 바로 데이터를 조회할 수 있다.

조회와 락

데이터를 조회할 때도 락을 획득하고 싶을 때가 있다. 이럴 때는 select for update 구문을 사용하면 된다.
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 경우

🎈 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.

기본 데이터 입력 SQL

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 update 구문을 사용하면 조회를 하면서 동시에 선택한 로우의 락도 획득한다.
- 물론 락이 없다면 락을 획득할 때 까지 대기해야 한다.
세션1은 트랜잭션을 종료할 때 까지 memberA 의 로우의 락을 보유한다.

세션2

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

세션2는 데이터를 변경하고 싶다. 데이터를 변경하려면 락이 필요하다.
세션1이 memberA 로우의 락을 획득했기 때문에 세션2는 락을 획득할 때 까지 대기한다.
이후에 세션1이 커밋을 수행하면 세션2가 락을 획득하고 데이터를 변경한다. 만약 락 타임아웃 시간이 지나면 락 타임아웃 예외가 발생한다.

정리

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

트랜잭션 - 적용1

이제 실제 애플리케이션에서 DB 트랜잭션을 사용해서 계좌이체 같이 원자성이 중요한 비즈니스 로직을 어떻게 구현하는지 알아보자!

먼저 트랜잭션 없이 단순하게 계좌이체 비즈니스 로직만 구현해보자.

MemberServiceV1

package hello.jdbc.service;

import hello.jdbc.domain.Member;
import hello.jdbc.repository.MemberRepositoryV1;
import lombok.RequiredArgsConstructor;

import java.sql.SQLException;

@RequiredArgsConstructor
public class MemberServiceV1 {

    private final MemberRepositoryV1 memberRepository;

    public void accountTransfer(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 static void validation(Member toMember) {
        if (toMember.getMemberId().equals("ex")) {
            throw new IllegalStateException("이체중 예외 발생");
        }
    }

}

🎃 formId의 회원을 조회해서 toId의 회원에게 money만큼의 돈을 계좌이체 하는 로직

fromId 회원의 돈을 money 만큼 감소한다. → UPDATE SQL 실행
toId 회원의 돈을 money 만큼 증가한다. → UPDATE SQL 실행

이제 예외상황을 테스트해보자

MemberServiceV1Test

package hello.jdbc.service;
import hello.jdbc.domain.Member;
import hello.jdbc.repository.MemberRepositoryV1;
import org.junit.jupiter.api.AfterEach;
import org.junit.jupiter.api.BeforeEach;
import org.junit.jupiter.api.DisplayName;
import org.junit.jupiter.api.Test;
import org.springframework.jdbc.datasource.DriverManagerDataSource;
import java.sql.SQLException;
import static hello.jdbc.connection.ConnectionConst.*;
import static org.assertj.core.api.Assertions.*;
import static org.assertj.core.api.Assertions.assertThat;
/**
 * 기본 동작, 트랜잭션이 없어서 문제 발생
 */
class MemberServiceV1Test {
    public static final String MEMBER_A = "memberA";
    public static final String MEMBER_B = "memberB";
    public static final String MEMBER_EX = "ex";
    private MemberRepositoryV1 memberRepository;
    private MemberServiceV1 memberService;
    @BeforeEach
    void before() {
        DriverManagerDataSource dataSource = new DriverManagerDataSource(URL,
                USERNAME, PASSWORD);
        memberRepository = new MemberRepositoryV1(dataSource);
        memberService = new MemberServiceV1(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
        memberService.accountTransfer(memberA.getMemberId(),
                memberB.getMemberId(), 2000);
        //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 findMemberEx =
                memberRepository.findById(memberEx.getMemberId());
        //memberA의 돈만 2000원 줄었고, ex의 돈은 10000원 그대로이다.
        assertThat(findMemberA.getMoney()).isEqualTo(8000);
        assertThat(findMemberEx.getMoney()).isEqualTo(10000);
    }
}

💣 주의!

테스트를 수행하기 전 데이터베이스의 데이터를 삭제해야 한다.

🎈 정상이체 - accountTransfer()

given : 데이터를 저장해서 테스트를 준비
- memberA : 10000원
- memberB : 10000원
when : 계좌이체를 실행
- memberService.accountTransfer()를 실행한다.
- memberA → memberB로 2000원 계좌이체 진행
- memberA의 금액 2000 감소
- memberB의 금액 2000 증가
then : 계좌이체 정상 수행되었는지 검증

🧨 테스트 데이터 제거

테스트가 끝나면 다음 테스트에 영향을 주지 않기 위해 @AfterEach에서 테스트에 사용한 데이터를 모두 삭제한다.

@BeforeEach : 각각의 테스트가 수행되기 전에 실행된다.
@AfterEach : 각각의 테스트가 실행되고 난 이후에 실행된다.

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

테스트 데이터를 제거하는 과정이 불편하지만, 다음 테스트에 영향을 주지 않으려면 테스트에서 사용한 데이터를 모두 제거해야 한다. 그렇지 않으면 이번 테스트에서 사용한 데이터 때문에 다음 테스트에서 데이터 중복으로 오류가 발생할 수 있다.
테스트에서 사용한 데이터를 제거하는 더 나은 방법으로는 트랜잭션을 활용하면 된다. 테스트 전에 트랜잭션을 시작하고, 테스트 이후에 트랜잭션을 롤백해버리면 데이터가 처음 상태로 돌아온다.

🎈 이체 도중 예외발생

given : 데이터를 저장해서 테스트를 준비한다.
- memberA : 10000원
- memberEx : 10000원
when : 계좌이체 로직 실행
- memberService.accountTransfer() 를 실행한다.
- memberA → memberEx로 2000원 계좌이체
- memberA의 금액은 감소하는데, memberEx회원의 ID는 ex이므로 중간에 예외 발생!
then : 계좌이체 실패, memberA의 돈만 줄어든다 (문제)

트랜잭션 - 적용2

이제 앞에 상황을 DB 트랜잭션을 사용해서 문제를 해결할 것이다.

애플리케이션에서 트랜잭션을 어떤 계층에 걸어야 할까? → 쉽게 말하면 트랜잭션을 어디에서 시작하고, 어디에서 커밋해야 하는가?

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.

🎈 그런데 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.

커넥션과 세션

🎈 애플리케이션에서 같은 커넥션을 유지하려면 어떻게 해야할까?

가장 단순한 방법은 커넥션을 파라미터로 전달해서 같은 커넥션이 사용되도록 유지하는 것!

🎃 그러기 위해 먼저 리포지토리가 파라미터를 통해 같은 커넥션을 유지할 수 있도록 파라미터 추가

MemberRepositoryV2

package hello.jdbc.repository;
import hello.jdbc.domain.Member;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.springframework.jdbc.support.JdbcUtils;
import javax.sql.DataSource;
import java.sql.*;
import java.util.NoSuchElementException;
/**
 * JDBC - ConnectionParam
 */
@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);
            pstmt.executeUpdate();
        } 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);
            pstmt.executeUpdate();
        } 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;
    }
}

🎃 MemberRepositoryV2 는 기존 코드와 같고 커넥션 유지가 필요한 다음 두 메서드가 추가되었다. 참고로 다음 두 메서드는 계좌이체 서비스 로직에서 호출하는 메서드이다.

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

해당 리포지토리에서, 커넥션 유지가 필요한 두 메서드에서 파라미터로 넘어온 커넥션을 사용해야 한다. 그렇기에 con = getConnection()코드가 있으면 안됨
커넥션 유지가 필요한 두 메서드는 리포지토리에서 커넥션을 닫으면 안된다. 커넥션을 전달 받은 리포지토리 뿐만 아니라 이후에도 커넥션을 계속 이어서 사용하기 때문.
→ 이후 서비스 로직이 끝날 때 트랜잭션을 종료하고 닫아야 한다.

MemberServiceV2

가장 중요한 트랜잭션 연동 로직 !

package hello.jdbc.service;
import hello.jdbc.domain.Member;
import hello.jdbc.repository.MemberRepositoryV2;
import lombok.RequiredArgsConstructor;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import javax.sql.DataSource;
import java.sql.Connection;
import java.sql.SQLException;
/**
 * 트랜잭션 - 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); //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);
            }
        }
    }
}

🎃 Connection con = dataSource.getConnection();

트랜잭션을 시작하려면 커넥션이 필요

🎃 con.setAutoCommit(false); //트랜잭션 시작

트랜잭션을 시작하려면 자동 커밋 모드를 꺼야한다. 이렇게 하면 커넥션을 통해 세션에 set
autocommit false 가 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 수행한다.
이렇게 분리한 이유는 트랜잭션을 관리하는 로직과 실제 비즈니스 로직을 구분하기 위함이다.
memberRepository.update : 비즈니스 로직을 보면 리포지토리를 호출할 때 커넥션을
전달하는 것을 확인할 수 있다.

🎈 해당 과정을 진행하면서 트랜잭션 덕분에 계좌이체가 실패할 때 롤백을 수행해서 모든 데이터를 정상적으로 초기화 할 수 있게 되었다. 결과적으로 계좌이체를 수행하기 직전으로 돌아가는 것.

남은 문제

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

Chooooo

back-end, 지속 성장 가능한 개발자를 향하여

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