[Spring] 스프링 DB 1편 03

김영한님의 스프링 DB 1편 을 공부하여 정리한 글입니다.

트랜잭션 - 개념 이해

데이터를 저장할 때 데이터베이스에 저장하는 이유는 무엇일까?
가장 대표적인 이유는 바로 데이터베이스는 트랜잭션이라는 개념을 지원하기 때문이다.

예를 들어서 A의 5000원을 B에게 계좌이체한다고 생각해보자.
A의 잔고를 5000원 감소하고, B의 잔고를 5000원 증가해야한다.

• A의 잔고를 5000원 감소
• B의 잔고를 5000원 증가

만약 1번은 성공했는데 2번에서 시스템에 문제가 발생하면 계좌이체는 실패하고,
A의 잔고만 5000원 감소하는 심각한 문제가발생한다.
데이터베이스가 제공하는 트랜잭션 기능을 사용하면 1,2 둘다 함께 성공해야 저장하고,
중간에 하나라도 실패하면 거래 전의 상태로 돌아갈 수 있다.
만약 1번은 성공했는데 2번에서 시스템에 문제가 발생하면 계좌이체는 실패하고,
거래 전의 상태로 완전히 돌아갈 수 있다.
데이터베이스에 정상 반영하는 것을 커밋( Commit )이라 하고, 작업 중 하나라도 실패
해서 거래 이전으로 되돌리는 것을 롤백( Rollback )이라 한다.

트랜잭션 ACID

• 원자성(Atomicity): 트랜잭션 내에서 실행한 작업들은 마치 하나의 작업인 것처럼 모두 성공 하거나 모두 실패해야 한
  다.
• 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 수준(Isolation level)을 선택할 수 있다.
• 지속성(Durability): 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)

데이터베이스 연결 구조와 DB 세션

• 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 데이터베이스서버는 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 DBA(DB 관리자)가 세션을 강제로 종료하면 세션은 종료된다.

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

트랜잭션 - DB 예제1 - 개념 이해

트랜잭션 사용법

• 데이터 변경 쿼리를 실행하고 데이터베이스에 그 결과를 반영하려면 커밋 명령어인 commit 을 호출하고,
  결과를 반영하고 싶지 않으면 롤백 명령어인 rollback 을 호출하면 된다.
• 커밋을 호출하기 전까지는 임시로 데이터를 저장하는 것이다.
  따라서 해당 트랜잭션을 시작한 세션(사용자) 에게만 변경 데이터가 보이고 다른 세션(사용자)에게는 변경 데이터가 보이지 않는다.

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

• 새로운 데이터를 추가한 후 커밋을 하지 않은 상태에서 새로운 데이터는 임시로 저장된다.
• 세션1은 새로운 데이터를 조회할 수 있지만 세션2는 조회할 수 없다.

• 세션1이 신규 데이터를 추가한 후에 commit 을 호출했다.
• 이제 다른 세션에서도 회원 테이블을 조회하면 신규 회원들을 확인할 수 있다.

• 세션1이 신규 데이터를 추가한 후에 commit 대신에 rollback 을 호출했다.
• 세션1이 데이터베이스에 반영한 모든 데이터가 처음 상태로 복구된다.

트랜잭션 - DB 예제2 - 자동 커밋, 수동 커밋

자동 커밋

set autocommit true; //자동 커밋 모드 설정
set autocommit false; //수동 커밋 모드 설정
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 , rollback 을 호출해야 한다.

DB 락 - 개념 이해

세션1이 트랜잭션을 시작하고 데이터를 수정하는 동안 아직 커밋을 수행하지 않았는데,
세션2에서 동시에같은 데이터를 수정하게 되면 여러가지 문제가 발생한다.
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.

• 세션1은 트랜잭션을 시작한다.

• 세션2도 memberA 의 money 데이터를 변경하려고 시도한다. 이때 해당 로우의 락을 먼저 획득해야 한다.
  락이 없으므로 락이 돌아올 때 까지 대기한다.
• 세션2가 락을 무한정 대기하는 것은 아니다.
  락 대기 시간을 넘어가면 락 타임아웃 오류가 발생한다.
  락 대기 시간은 설정할 수 있다.

• 세션1은 커밋을 수행한다. 커밋으로 트랜잭션이 종료되었으므로 락도 반납한다.

• 락을 획득하기 위해 대기하던 세션2가 락을 획득한다.
• 이후 세션2는 작업을 수행한다.

트랜잭션 - 적용1

MemberServiceV1

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

Test

public 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 beforeEach() {
        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 findMemberB = memberRepository.findById(memberEx.getMemberId());
        assertThat(findMemberA.getMoney()).isEqualTo(8000);
        assertThat(findMemberB.getMoney()).isEqualTo(10000);
    }
}

• 이체 중 예외가 발생하여 memberA에서 2000원이 빠졋지만 memberB의 돈이 증가하지 않는다.

트랜잭션 - 적용2

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 커밋이후에 커넥션을 종료해야 한다.
• 애플리케이션에서 DB 트랜잭션을 사용하려면 트랜잭션을 사용하는 동안 같은 커넥션을 유지해야한다.
  그래야 같은 세션을 사용할 수 있다.

커넥션을 유지하기위해 파라미터로 커넥션을 전달해 같은 커넥션이 사용되도록 유지해야한다.

MemberRepositoryV2

@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);
//            JdbcUtils.closeConnection(con);
        }
    }

    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 {
            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;
    }
}

• 커넥션을 유지하기위해 findById(),update()의 파라미터로 커넥션을 받아서 사용한다.

MemberServiceV2

@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); //트랜젝션 시작
            //비즈니스 로직 수행
            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 release(Connection con) {
        if (con != null) {
            try {
                con.setAutoCommit(true); //커넥션 풀 고려
                con.close();
            } catch (Exception e) {
                log.info("error", e);
            }
        }
    }

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

• Connection con = dataSource.getConnection() : 트랜잭션을 시작하려면 커넥션이 필요하다.
• con.setAutoCommit(false) : 트랜잭션을 시작하려면 자동 커밋 모드를 꺼야한다.
• con.commit() : 비즈니스 로직이 정상 수행되면 트랜잭션을 커밋한다.
• con.rollback() : 비즈니스 로직 수행 도중에 예외가 발생하면 트랜잭션을 롤백한다.
• release(con) : 커넥션을 모두 사용하고 나면 안전하게 종료한다.
  만약 커넥션 풀을 사용한다면 커넥션이 풀에 반납되기에 con.setAutoCommit(true)로 자동 커밋 모드로 변경한다.

Test

@Slf4j
public 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 beforeEach() {
        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
        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 findMemberB = memberRepository.findById(memberEx.getMemberId());
        assertThat(findMemberA.getMoney()).isEqualTo(10000);
        assertThat(findMemberB.getMoney()).isEqualTo(10000);
    }
}

• 이체중 예외 발생시 트랜젝션 때문에 계좌이체가 실패하더라도 롤백을 통해 데이터를 정상적으로 되돌릴 수 있다.