[JPA] 자바 ORM 표준 JPA 프로그래밍 - 기본편 #3. 영속성 관리

bien·2024년 1월 26일
JPA

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JPA 내부 동작 방식

  • JPA를 통해 객체를 영속화하기 위해서는 EntityManager 객체가 필요하며, EntityManager의 인스턴스 객체는 EntityManagerFactory 객체를 통해 얻는다.
  • EntityManager는 영속성 컨텍스트(Persistence Context)를 통해 영속 객체를 관리한다.
  • 사용자는 EntityManager 인스턴스 객체의 다양한 메소드를 이용해 영속 객체를 관리한다.

1. 엔티티 매니저 팩토리와 엔티티 매니저

EntityManagerFactory 얻기

// 엔티티 매니저 팩토리 생성
// 비용이 아주 많이 든다.
EntityManagerFactory emf = Persistence.createEntityManagerFactory("jpabook");
  • 만드는 비용이 상당히 크다.
  • 한 개만 만들어서 애플리케이션 전체에서 공유하도록 설계
    • 여러 스레드가 동시에 접근해도 안전. 서로 다른 스레드간 공유.

EntityManager 생성

// 엔티티 매니저 생성, 비용이 거의 안든다.
EntityManager em = emf.createEntityManager();
  • 여러 스레드가 동시에 접근하면 동시성 문제 발생
  • 스레드간 절대 공유하면 안 됨.
  • 데이터베이스 연결이 꼭 필요한 시점까지 커넥션을 얻지 않는다.
    • 보통 트랜잭션을 시작하는 시점에 커넥션을 획득한다.
  • JPA가 제공하는 기능
    1. 엔티티와 테이블을 매핑하는 설계부분.
    2. 매핑한 엔티티를 실제 사용하는 부분.

2. 영속성 컨텍스트란?

  • 엔티티를 영구 저장하는 환경
    • 엔티티 매니저로 엔티티를 저장하거나 조회하면 엔티티 매니저는 영속성 컨텍스트에 엔티티를 보관하고 관리한다.
  • 논리적 개념에 가깝다.
  • 엔티티 매니저를 생성할 때 하나의 영속성 컨텍스트가 생성된다.
    • 엔티티 매니저를 통해 영속성 컨텍스트에 접근 및 관리할 수 있다.

여러 엔티티 매니저가 같은 영속성 컨텍스트에 접근할 수도 있다.

영속성 컨텍스트 persistence context

  • 영속성 컨텍스트(Persistence Context)는 고유 ID를 갖는 모든 영속 객체 인스턴스에 대한 집합이다.
  • 영속성 컨텍스트 내에서 영속 객체에 대한 생명주기가 관리되며 이러한 영속 객체에 대한 관리는 EntityManager의 메소드들을 이용한다.
  • EntityManager를 통해 등록된 영속객체 혹은 저장소로부터 가져온 영속객체의 정보는 1차 캐시에서 관리한다.
  • 영속성 컨텍스트는 애플리케이션과 영구 저장소(Database) 사이에 위치한다.

  • persist라는 작업을 통해 1차 캐시에 로딩 되는 것. 트랜잭션이 커밋되기 전까지는 db에 INSERT 되지 않는다.
    • 동일한 Id를 가진 객체가 Persistence Context에 입력되면 동일한 객체로 취급된다.
    • DB를 조회하기 전에 Persistence Context라는 1차 캐시 공간을 검색해 해당 데이터가 있는지 조회한다.

3. 엔티티의 생명주기

엔티티의 4가지 상태

  • 비영속 (new/ transient) : 영속성 컨텍스트와 전혀 관계가 없는 상태
  • 영속 (managed) : 영속성 컨텍스트에 저장된 상태
  • 준영속(detached) : 영속성 컨텍스트에 저장되었다가 분리된 상태
  • 삭제(removed) : 삭제된 상태

비영속

  • 엔티티 객체를 생성한 상태. 순수한 객체 상태로 아직 저장되지 않았다.
    • 따라서 영속성 컨텍스트나 데이터 베이스와 전혀 관련이 없다.
// 객체를 생성한 상태 (비영속)
Member member = new Member();
member.setId("member1");
member.setUsername("회원1");

영속

  • 엔티티 매니저를 통해 엔티티를 영속성 컨텍스트에 저장한 상태.
    • 즉 영속성 컨텍스트에 의해 관리되고 있는 상태를 영속 상태라고 한다.
  • em.find()나 JPQL을 사용해 조회된 데이터는 영속 상태이다.
// 객체를 저장한 상태 (영속)
em.persist(member);

준영속

  • 영속성 컨텍스트가 관리하던 영속 상태의 엔티티가 분리된 상태.
  • em.datach(), em.close(), em.clear() 호출 시 준영속 상태가 된다.

삭제

  • 엔티티를 영속성 컨텍스트와 데이터베이스에서 삭제한다.
// 객체를 삭제한 상태(삭제)
em.remove(member);

4. 영속성 컨텍스트의 특징

  • 영속성 컨텍스트와 식별자 값
    • 영속성 컨텍스트는 엔티티를 식별자 값 (@Id로 테이블의 기본키와 매핑한 값)으로 구분한다.
    • 영속 상태는 식별자 값이 반드시 있어야 한다. 식별자 값이 없으면 예외가 발생한다.
  • 영속성 컨텍스트와 데이터베이스 저장
    • JPA는 보통 트랜잭션을 커밋하는 순간 영속성 컨텍스트에 새로 저장된 엔티티를 데이터베이스에 반영하는데, 이를 플러시(flush)라한다.
  • 영속성 컨텍스트의 엔티티 관리 시 장점
    • 1차 캐시
    • 동일성 보장
    • 트랜잭션을 지원하는 쓰기 지연
    • 변경 감지
    • 지연 로딩

1) 엔티티 조회

1차 캐시에서 조회

  • 영속성 컨텍스트는 내부에 캐시를 가지고 있는데 이를 1차 캐시라 한다.
    • 영속성 컨텍스트 내부에 Map이 하나 있는데 키는 @Id로 매핑한 식별자고 값은 엔티티 인스턴스다.
// 엔티티를 생성한 상태(비영속)
Member member = new Member();
member.setId("member1");
member.setUsername("회원");

// 엔티티를 영속
em.persist(member);

  • EntityManager.persist()를 통한 영속객체 등록은 우선 해당 객체가 1차 캐시에 저장되고 일반적으로 트랜잭션이 커밋되는 시점에 Insert 쿼리가 데이터베이스에 반영된다.
  • EntityManager.find()를 통한 데이터검색은 우선 1차 캐시를 통해 해당 객체를 검색하고 없을 경우 Select 쿼리를 통해 데이터베이스에석 검색을 수행한다.

영속 엔티티의 동일성 보장

Member a = em.find(Member.class, "member1");
Member b = em.find(Member.class, "member1");

System.out.println(a == b); // 동일성 비교

JPA를 이용하면, member1이란 식별자(id)를 가진 객체를 반복해서 호출할 때 1차 캐시에 있는 같은 엔티티 인스턴스를 반환한다. 따라서 영속성 컨텍스트는 성능상의 이점과 엔티티의 동일성을 보장한다.

2) 엔티티 등록

  • 쓰기 지연 (transactional write-behind)
    • EntityManger는 트랜잭션을 커밋하기 직전가지 db에 엔티티를 저장하지 않고 내부 쿼리 저장소에 SQL을 차곡차곡 모아둔다. 그리고 트랜잭션을 커밋할 때 모아둔 쿼리를 데이터베이스에 보내는데 이것을 쓰기 지연이라고 한다.
EntityManager em = emf.createEntityManager();
EntityTransaction transaction = em.getTransaction();

// 엔티티 매니저는 데이터 변경 시 트랜잭션을 시작해야 한다.
transaction.begin(); // [트랜잭션] 시작

em.persist(memberA);
em.persist(memberB);
// 여기까지 INSERT SQL을 데이터베이스에 보내지 않는다.

// 커밋하는 순간 데이터베이스에 INSERT SQL을 보낸다.
transaction.commit(); // [트랜잭션] 커밋

트랜잭션을 지원하는 쓰기 지연이 가능한 이유

begin(); // 트랜잭션 시작

save(A);
save(B);
save(C);

commit(); // 트랜잭션 커밋

이 로직을 실행하는 2가지 방식이 있다.

  1. 데이터를 저장하는 즉시 등록 쿼리를 DB에 보낸다.
    • 예제에서 마지막 save() 메서드를 호출할 때마다 즉시 DB에 등록 쿼리를 보내고 마지막에 트랜잭션을 커밋한다.
  2. 데이터를 저장하면 등록 쿼리를 DB에 보내지 않고 메모리에 모아둔다.
    • 트랜잭션을 커밋할 때 모아둔 등록 쿼리를 DB에 보낸 후 커밋한다.

트랜잭션 범위 안에서 실행되고, 커밋 시 함께 저장, 롤백 시 함께 취소 되므로 결과는 1번과 2번이 동일하다. 이 기능을 잘 활용하면 모아둔 등록 쿼리를 DB에 한 번에 전달해 기능을 최적화할 수 있다.

3) 엔티티 수정

SQL 수정 쿼리의 문제점

UPDATE MEMBER
SET
	NAME=?,
    AGE=?
WHERE
	id=?

수정 쿼리는 수정 요소가 늘어날 때마다 SQL을 일일이 확인해야 하는 등, 비즈니스 로직을 분석하기 위해 SQL을 의존해야 하는 문제점이 있다. JPA는 이러한 수정 쿼리의 불편함을 변경 감지를 통해 해결한다.

EntityManager em = emf.createEntityManager();
EntityTransaction transaction = em.getTransaction();
transaction.begin(); // [트랜잭션] 시작

// 영속 엔티티 조회
Member memberA = em.find(Member.class, "memberA");

// 영속 엔티티 데이터 수정
memberA.setUsername("hi");
memberA.setAge(10);

// em.update(member) 이런 코드가 있어야 하지 않을까?

trnasaction.commit(); // [트랜잭션] 커밋

JPA로 엔티티를 수정할 때는 단순히 엔티티를 조회해 데이터만 변경하면 된다. 이는 엔티티의 변경사항을 데이터베이스에 자동으로 반영하는 변경 감지(dirty checking) 덕분에 가능해진다.

변경 감지 (dirty checking)

  • JPA는 엔티티를 영속성 컨텍스트에 보관할 때, 최초 상태를 복사해서 저장해두는데, 이를 스냅샷이라 한다. 그리고 플러시 시점에 스냅샷과 엔티티를 비교해 변경된 엔티티를 찾는다.
  • 변경 감지는 영속성 컨텍스트가 관리하는 영속 상태의 엔티티에만 적용된다.

  1. 트랜잭션을 커밋하면 엔티티 매니저 내부에서 먼저 플러시(flush())가 호출된다.
  2. 엔티티와 스냅샷을 비교해서 변경된 엔티티를 찾는다.
  3. 변경된 엔티티가 있으면 수정 쿼리를 생성해 쓰기 지연SQL 저장소에 보낸다.
  4. 쓰기 지연 저장소의 SQL을 데이터베이스에 보낸다.
  5. 데이터베이스 트랜잭션을 커밋한다.

JPA 기본 전략: 모든 필드 업데이트

UPDATE MEMBER
SET
	NAME=?,
    AGE=?,
    GRADE=?,
    ...
WHERE
	id=?
  • JPA의 기본 전략은 엔티티의 모든 필드를 업데이트 하는 것이다.
  • 단점
    • DB에 보내는 데이터 전송량이 증가한다.
  • 장점
    • 모든 필드를 사용하면 수정 쿼리가 항상 같다.(바인딩 되는 데이터는 다르다.)
      • 따라서 APP 로딩 시점에 수정 쿼리를 미리 생성해두고 재사용이 가능하다.
    • DB에서 동일한 쿼리를 보내면 DB는 이전에 한 번 파싱된 쿼리를 재사용할 수 있다.

UPDATE SQL 사용하기

필드가 많거나 저장되는 내용이 너무 큰 경우, 수정된 데이터만 사용해 동적으로 UPDATE SQL을 생성하는 전략을 선택 가능하다. 이 경우 하이버네이트 확장 기능을 사용한다.

@Entity
@org.hibernate.annotations.DynamicUpdate
@Table(name="Member")
public class Member {...}

4) 엔티티 삭제

Member memberA = em.find(Member.class, "memberA") // 삭제 대상 엔티티 조회
em.remove(memberA); // 엔티티 삭제
  • 엔티티 삭제를 위해 먼저 삭제 대상 엔티티를 조회하고, remove()를 이용한다.
    • 엔티티 등록과 유사하게 "쓰기 지연 SQL 저장소"에 삭제 쿼리를 저장해둔다.
  • em.remove(memberA) 호출 시점에 memberA는 영속성 컨텍스트에서 제거된다.
    • 삭제된 엔티티는 재사용하지 않고 가비지 컬렉션의 대상이 되도록 두는 것이 좋다.

5. 플러시 flush

  • 플러시(flush())
    • 영속성 컨텍스트의 변경 내용을 데이터베이스에 반영한다.
    • 구체적인 작업 과정
      • 변경 감지가 동작해 영속성 컨텍스트에 있는 모든 엔티티를 스냅샷과 비교해 수정된 엔티티를 찾는다. 수정된 엔티티는 수정 쿼리를 만들어 쓰기지연 SQL 저장소에 등록한다.
      • 쓰기지연 SQL 저장소의 쿼리를 데이터베이스에 전송한다.(등록, 수정, 삭제 쿼리)
  • (플러시Flush라는 이름과 달리) 영속성 컨텍스트에 보관된 엔티티를 지우는게 아니다.
    • 영속성 컨텍스트의 변경 내요을 데이터베이스에 동기화하는 것이 플러시이다.
  • 데이터베이스와 동기화를 최대한 늦추는 것이 가능한 이유는, DB에서 기본적으로 제공하는 트랜잭션이라는 메커니즘을 이용하기 때문이다.
    • JPA는 기본적으로 데이터의 동시성과 관련된 문제를 데이터베이스 트랜잭션에 위임해서 사용하고 있다.(필요 시 참고)

1) 영속성 컨텍스트 플러시 벙법

(1) em.flush()

  • 메서드를 직접 호출하는 방법. 영속성 컨텍스트를 강제로 플러시한다.
  • 테스트나 다른 프레임워크와 JPA를 함께 사용할 때를 제외하면 거의 사용되지 않는다.

(2) 트랜잭션 커밋 시 플러시 자동 호출

  • 데이터베이스에 변경 내용을 SQL로 전달하지 않고 트랜잭션만 커밋하면 어떤 데이터도 데이터베이스에 반영되지 않는다.
    • 따라서 트랜잭션 커밋 전 반드시 플리서를 호출 해 영속성 컨텍스트의 변경 내용을 데이터베이스에 반영해야 한다.
    • jpa는 이런 문제를 예방하기 위해 트랜잭션 커밋 시 플러시를 자동으로 호출한다.

(3) JPQL 쿼리 실행

em.persist(memberA);
em.persist(memberB);
em.persist(memberC);

// 중간에 JPQL 실행
query = em.createQuery("select m from Member m", Member.class);
List<Member> members = query.getResultList();
  • JPQL이나 Criteria 같은 객체지향 쿼리를 호출할 때도 플러시가 실행된다.
  • 먼저 em.persist()를 호출해 3개의 멤버를 영속성 컨텍스트에 올렸으나 DB에는 반영되지 않았다. 이 상황에서 JPQL이 실행된다면 어떻게 될까?
    • JPQL이 SQL로 변환되어 데이터베이스에 엔티티를 조회해도 3개의 멤버는 데이터베이스에 없으므로 쿼리 결과로 조회되지 않는다.
    • 따라서, 쿼리 실행 직전에 영속성 컨텍스트를 플러시 해 변경 내용을 데이터베이스에 반영해야만 한다.
      • JPA는 이러한 문제를 예방하기 위해 JPQL을 실행할 때도 플러시를 자동 호출한다.

참고) 식별자를 기준으로 조회하는 find() 메서드 호출 시 플러시를 실행하지 않는다.

2) 플러시 모드 옵션

em.setFlushMode(FlushModeType.COMMIT)

  • FlushModeType.AUTO
    • 커밋이나 쿼리를 실행할 때 플러시 (기본값)
  • FlushModeType.COMMIT
    • 커밋할 때만 플러시
      • 자동으로 제공되는 플러시 기능이 불필요한 경우 설정할 수도 있다.
        • 그러나 가급적 그냥 AUTO로 사용하는 것을 추천...

6. 준영속

  • 준영속(detach)
    • 영속성 컨텍스트가 관리하는 영속 상태의 엔티티가 영속성 컨텍스트에서 분리된(detached) 것을 준영속 상태라고 한다.
    • 준영속상태의 엔티티는 영속성 컨텍스트가 제공하는 기능을 사용할 수 없다.

1) 준영속 상태로 만드는 방법

em.detach(entity)

  • 특정 엔티티만 준영속 상태로 전환한다.

detach() 테스트 코드

 public void testDetached() {
 	...
    // 회원 엔티티 생성, 비영속 상태
    Member member = new Member();
    member.setId("memberA");
    member.setUsername("회원A");
    
    // 회원 엔티티 영속 상태
    em.persist(member);
    
    // 회원 엔티티를 영속성 컨텍스트에서 분리, 준영속 상태
    em.detach(member);
    
    transaction.commit();

em.clear

  • 영속성 컨텍스트를 완전히 초기화한다.
// 엔티티 조회, 영속 상태
Member member = em.find(Member.class, "memberA");

em.clear(); // 영속성 컨텍스트 초기화

// 준영속 상태
member.setUsername("changeName");

em.close

  • 영속성 컨텍스트를 종료한다.
public void closeEntityManager() {
	EntityMangerFactory emf = Persistence.creatEntityManagerFactory("jpabook");
    
    EntityManager em = emf.createEntityManager();
    EntityTransaction transaction = em.getTransaction();
    
    transaction.begin() // [트랜잭션] - 시작
    
    Member memberA = em.fiind(Member.class, "memberA");
    Member memberB = em.fiind(Member.class, "memberB");
    
    transaction.commit(); //[트랜잭션] - 커밋
    
    em.close(); // 영속성 컨텍스트 닫기(종료)

2) 준영속 상태의 특징

준영속 상태인 회원 엔티티는 어떻게 되는걸까?

  • 거의 비영속 상태에 가깝다.
    • 영속성 컨텍스트가 관리하지 않으므로 1차 캐시, 쓰기 지연, 변경 감지, 지연 로딩을 포함한 영속성 컨텍스트가 제공하는 어떤 기능도 동작하지 않는다.
  • 식별자 값을 가지고 있다.
    • 비영속 상태는 식별자 값이 없을 수도 있지만, 준영속 상태는 이미 한번 영속 상태였으므로 반드시 식별자값을 가지고 있다.
  • 지연 로딩(Lazy Loading)을 할 수 없다.
    • 지연 로딩은 실제 객체 대신 프록시 객체를 롣링해두고 해당 객체를 실제 사용할 때 영속성 컨텍스트를 통해 데이터를 불러오는 방법이다.
    • 준영속 상태는 영속성 컨텍스트가 더는 관리하지 않으므로 지연로딩시 문제가 발생한다.

3) 병합: merge()

  • 준영속 상태의 엔티티를 다시 영속상태로 변경하려면 병합merge()을 사용하면 된다.
    • merge(): 준영속 상태의 엔티티를 받아 그 정보로 새로운 영속 상태의 엔티티를 반환한다.

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