Spring Boot 애플리케이션의 DB 연결 및 쿼리 처리 과정

1. 애플리케이션 시작과 커넥션 풀 초기화

1.1 Spring Boot 시작과 자동 구성

1. @SpringBootApplication 어노테이션으로 애플리케이션 시작
2. @EnableAutoConfiguration에 의해 자동 구성 프로세스 시작
3. spring.factories에서 DataSourceAutoConfiguration 로드
4. HikariDataSourceConfiguration이 활성화 (spring-boot-starter-data-jpa에 기본 포함)

1.2 HikariCP의 커넥션 풀 생성

1. application.yml/properties의 DB 설정 로드
2. HikariCP가 설정된 최대 풀 사이즈만큼 DB 서버에 커넥션 요청
3. 각 커넥션 요청마다:
   • TCP/IP 연결 수립
   • DB 서버의 인증/권한 검증
   • DB 서버에서 User Thread 할당
   • 세션 및 메모리 리소스 할당
4. 생성된 각 커넥션을 HikariPool이 PoolEntry 객체로 래핑하여 관리
5. ConcurrentBag을 사용하여 커넥션들을 관리 (스레드 안전한 풀 관리)

2. 클라이언트의 쿼리 요청과 처리 과정

2.1 커넥션 획득

1. 서비스/레포지토리 계층에서 쿼리 실행 필요
2. DataSource.getConnection() 호출
3. HikariPool에서 사용 가능한 커넥션 검색:
   • ThreadLocal 캐시 확인 (재사용 가능한 커넥션)
   • ConcurrentBag에서 유휴 커넥션 확인
   • 모든 커넥션이 사용 중이면 타임아웃까지 대기

2.2 쿼리 실행과 DB 처리

1. 획득한 커넥션으로 PreparedStatement 생성
2. executeQuery/executeUpdate 호출
3. 애플리케이션 스레드가 TCP/IP를 통해 DB 서버로 쿼리 전송
4. DB 서버에서의 처리:
   • 매핑된 User Thread가 쿼리 수신
   • 쿼리 파싱 및 실행 계획 수립
   • 실제 데이터 처리 수행
   • 결과를 TCP/IP로 응답
5. 애플리케이션에서 결과 수신 및 처리
6. 커넥션을 HikariPool에 반환 (실제 DB 연결은 유지)

3. 스레드 관리

3.1 애플리케이션 서버

• 톰캣의 스레드 풀에서 관리되는 스레드들
• 각 스레드는 JVM 스레드 → OS 스레드와 1:1 매핑
• 이 스레드들이 커넥션을 사용하여 DB와 통신

3.2 DB 서버

• Receiver Thread: 클라이언트의 연결 요청 처리
• User Thread: 실제 쿼리 실행을 담당
• 모든 스레드는 OS 스레드로 동작

3.3 전체 구조

• 애플리케이션 스레드와 DB User Thread는 서로 다른 프로세스의 스레드
• TCP/IP 연결을 통해 1:1로 매핑되어 통신
• 총 OS 스레드 = 애플리케이션 스레드 수 + DB 스레드 수

4. 주요 이점

1. 커넥션 재사용

   • TCP 연결 수립 오버헤드 감소
   • DB 인증/권한 검증 생략
   • 리소스 할당 비용 절감

2. 리소스 관리

   • 동시 연결 수 제한으로 DB 서버 보호
   • 효율적인 커넥션 관리로 성능 최적화
   • ThreadLocal 캐시로 커넥션 재사용 최적화

3. 안정성

   • 스레드 안전한 커넥션 관리
   • 타임아웃 처리로 리소스 고갈 방지
   • 커넥션 유효성 검사로 안정적인 운영

5. 참고

The New MySQL Thread Pool
DB 인사이드 | MySQL Architecture - 8. InnoDB : 동작 원리