[Spring] 트랜잭션 문제점

JJoSuk·2023년 6월 14일

IntelliJ Java Spring

본 프로젝트 자료는 김영한님의 스프링 DB 1편 - 데이터 접근 핵심 원리을 참고 제작됐음을 알립니다.

트랜잭션 문제점들을 알아볼려고 한다.

애플리케이션 구조

가장 단순하면서 많이 사용하는 3가지 계층 구조가 있다.

프레젠테이션 계층

UI와 관련된 처리 담당
웹 요청과 응답
사용자 요청을 검증
주 사용 기술 : 서블릿과 HTTP 같은 웹 기술, 스프링 MVC

서비스 계층

비즈니스 로직을 담당
주 사용 기술: 가급적 특정 기술에 의존하지 않고, 순수 자바 코드로 작성

데이터 접근 계층

실제 데이터베이스에 접근하는 코드
주 사용 기술: JDBC, JPA, File, Redis, Mongo ...

순수한 서비스 계층

비즈니스 로직은 최대한 변경없이 유지되어야 한다.
서비스 계층을 특정 기술에 종속적이지 않게 개발해야 한다.
- 서비스 계층을 최대한 순수하게 유지하기 위해서는 계층을 나눠야 한다. 기술에 종속적인 부분은 프레젠테이션 계층, 데이터 접근 계층에서 가지고 간다.
  - 프레젠테이션 계층은 클라이언트가 접근하는 UI와 관련된 기술인 웹, 서블릿, HTTP와 관련된 부분을 담당해준다.
  - 데이터 접근 계층은 데이터를 저장하고 관리하는 기술을 담당해준다.
서비스 계층이 특정 기술에 종속되지 않기 때문에 비즈니스 로직을 유지보수 하기도 쉽고, 테스트 하기도 쉽다.
서비스 계층은 가급적 비즈니스 로직만 구현하고 특정 구현 기술에 직접 의존해서는 안된다. 이렇게 하면 향후 구현 기술이 변경될 때 변경의 영향 범위를 최소화 할 수 있다.

이제 문제점들을 파악해보자.

문제점들 수정

위 내용대로 지금까지 트랜잭션을 적용한 코드들을 수정해보고자 한다.

MemberServiceV2 - 기존 코드

트랜잭션은 비즈니스 로직이 있는 서비스 계층에서 시작하는 것이 좋다.
하지만 트랜잭션을 사용하기 위해서는 javax.sql.DataSource , java.sql.Connection , java.sql.SQLException 같은 JDBC 기술에 의존해야 한다.
JDBC 의존하는 코드가 많아 향후 JPA 같은 다른 기술로 넘어갈 때, 수정해야 하는 부분이 너무 많다.
핵심 비즈니스 로직과 JDBC 기술이 섞여 있어서 유지보수 하기 어렵다.

가장 큰 문제 3가지 정리

1. 트랜잭션 문제

가장 큰 문제는 트랜잭션을 적용하면서 생긴 다음과 같은 문제들이다.

JDBC 구현 기술이 서비스 계층에 누수되는 문제
- 트랜잭션을 적용하기 위해 JDBC 구현 기술이 서비스 계층에 누수되었다.
- 서비스 계층은 순수해야 한다. 구현 기술을 변경해도 서비스 계층 코드는 최대한 유지할 수 있어야 한다. (변화에 대응)
  - 그래서 데이터 접근 계층에 JDBC 코드를 다 몰아두는 것이다.
  - 물론 데이터 접근 계층의 구현 기술이 변경될 수도 있으니 데이터 접근 계층은 인터페이스를 제공하는 것이 좋다.
- 서비스 계층은 특정 기술에 종속되지 않아야 한다. 지금까지 그렇게 노력해서 데이터 접근 계층으로 JDBC 관련 코드를 모았는데, 트랜잭션을 적용하면서 결국 서비스 계층에 JDBC 구현 기술의 누수가 발생했다.
트랜잭션 동기화 문제
- 같은 트랜잭션을 유지하기 위해 커넥션을 파라미터로 넘겨야 한다.
- 이때 파생되는 문제들도 있다. 똑같은 기능도 트랜잭션용 기능과 트랜잭션을 유지하지 않아도 되는 기능으로 분리해야 한다.
트랜잭션 적용 반복 문제
- 트랜잭션 적용 코드를 보면 반복이 많다. try , catch , finally ...

2. 예외 누수

데이터 접근 계층의 JDBC 구현 기술 예외가 서비스 계층으로 전파된다.
SQLException 은 체크 예외이기 때문에 데이터 접근 계층을 호출한 서비스 계층에서 해당 예외를 잡아서 처리하거나 명시적으로 throws 를 통해서 다시 밖으로 던져야한다.
SQLException 은 JDBC 전용 기술이다. 향후 JPA나 다른 데이터 접근 기술을 사용하면, 그에 맞는 다른 예외로 변경해야 하고, 결국 서비스 코드도 수정해야 한다.

3. JDBC 반복 문제

지금까지 작성한 MemberRepository 코드는 순수한 JDBC를 사용했다.
이 코드들은 유사한 코드의 반복이 너무 많다.
- try , catch , finally ...
- 커넥션을 열고, PreparedStatement 를 사용하고, 결과를 매핑하고... 실행하고, 커넥션과 리소스를 정리한다.

스프링과 문제 해결

스프링은 서비스 계층을 순수하게 유지하면서, 지금까지 이야기한 문제들을 해결할 수 있는 다양한 방법과 기술들을 제공한다.
지금부터 스프링을 사용해서 애플리케이션이 가진 문제들을 하나씩 해결해보자.

트랜잭션 추상화

현재까지 만든 트랜잭션은 JDBC 기술에 너무 의존하고 있다. 향후 JPA 넘어갈 때 서비스 계층의 트랜잭션 관련 코드는 전부 수정해야 한다. 이를 해결하기 위해 트랜잭션 추상화라는게 있다.

JDBC 트랜잭션 코드 예시

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);
        }
    }

JPA 트랜잭션 코드 예시

public static void main(String[] args) {
        //엔티티 매니저 팩토리 생성
        EntityManagerFactory emf = Persistence.createEntityManagerFactory("jpabook");
        EntityManager em = emf.createEntityManager(); 
        //엔티티 매니저 생성 EntityTransaction tx = em.getTransaction();
        // 트랜잭션 기능 획득
        try {
            tx.begin(); 
            //트랜잭션 시작 logic(em); 
            // 비즈니스 로직 tx.commit();
            // 트랜잭션 커밋
        } catch (Exception e) { tx.rollback(); //트랜잭션 롤백
        } finally {
            em.close(); //엔티티 매니저 종료
        }
        emf.close(); //엔티티 매니저 팩토리 종료
    }

JDBC 트랜잭션에 의존하다가 JPA 기술로 변경하게 되면 서비스 계층의 트랜잭션을 처리하는 코드도 모두 함께 변경해야 한다.

JDBC 트랜잭션 의존

JDBC 기술 JPA 기술로 변경

JDBC 기술을 사용하다가 JPA 기술로 변경하게 되면 서비스 계층의 코드도 JPA 기술을 사용하도록 함께 수정해야 한다.

위의 문제점들을 해결할 수 있는게 트랜잭션 추상화 다.

트랜잭션 추상화와 의존관계

서비스는 특정 트랜잭션 기술에 직접 의존하는 것이 아니라, TxManager 라는 추상화된 인터페이스에 의존한다. 이제 원하는 구현체를 DI를 통해서 주입하면 된다. 예를 들어서 JDBC 트랜잭션 기능이 필요하면 JdbcTxManager 를 서비스에 주입하고, JPA 트랜잭션 기능으로 변경해야 하면 JpaTxManager 를 주입하면 된다.
클라이언트인 서비스는 인터페이스에 의존하고 DI를 사용한 덕분에 OCP 원칙을 지키게 되었다. 이제 트랜잭션을 사용하는 서비스 코드를 전혀 변경하지 않고, 트랜잭션 기술을 마음껏 변경할 수 있다.

스프링의 트랜잭션 추상화

스프링이 이런 고민을 해결해 놨다. 그저 스프링에서 제공하는 트랜잭션 추상화 기술을 사용하면 된다.

스프링 트랜잭션 추상화의 핵심은 PlatformTransactionManager 인터페이스이다.

org.springframework.transaction.PlatformTransactionManager

트랜잭션 동기화

스프링이 제공하는 트랜잭션 매니저는 크게 2가지 역할을 한다.

트랜잭션 추상화
리소스 동기화

리소스 동기화

트랜잭션을 유지하려면 트랜잭션의 시작부터 끝까지 같은 데이터베이스 커넥션을 유지해아한다. 결국 같은 커넥션을 동기화(맞추어 사용)하기 위해서 이전에는 파라미터로 커넥션을 전달하는 방법을 사용했다. 파라미터로 커넥션을 전달하는 방법은 코드가 지저분해지는 것은 물론이고, 커넥션을 넘기는 메서드와 넘기지 않는 메서드를 중복해서 만들어야 하는 등 여러가지 단점들이 많다.

커넥션과 세션

트랜잭션 매니저와 트랜잭션 동기화 매니저

스프링은 트랜잭션 동기화 매니저를 제공한다. 이것은 쓰레드 로컬( ThreadLocal )을 사용해서 커넥션을 동기화해준다. 트랜잭션 매니저는 내부에서 이 트랜잭션 동기화 매니저를 사용한다.
트랜잭션 동기화 매니저는 쓰레드 로컬을 사용하기 때문에 멀티쓰레드 상황에 안전하게 커넥션을 동기화 할 수 있다. 따라서 커넥션이 필요하면 트랜잭션 동기화 매니저를 통해 커넥션을 획득하면 된다. 따라서 이전처럼 파라미터로 커넥션을 전달하지 않아도 된다.

동작 방식을 간단하게 설명하면 다음과 같다.

트랜잭션을 시작하려면 커넥션이 필요하다. 트랜잭션 매니저는 데이터소스를 통해 커넥션을 만들고
트랜잭션을 시작한다.
트랜잭션 매니저는 트랜잭션이 시작된 커넥션을 트랜잭션 동기화 매니저에 보관한다.
리포지토리는 트랜잭션 동기화 매니저에 보관된 커넥션을 꺼내서 사용한다. 따라서 파라미터로 커넥션을
전달하지 않아도 된다.
트랜잭션이 종료되면 트랜잭션 매니저는 트랜잭션 동기화 매니저에 보관된 커넥션을 통해 트랜잭션을
종료하고, 커넥션도 닫는다.

트랜잭션 문제 해결 - 트랜잭션 매니저1

애플리케이션 코드에 트랜잭션 매니저를 적용해보자.

MemberRepositoryV3 - 생성

여기서 변경된 DataSourceUtils.releaseConnection() 관련 설명

close() 에서 DataSourceUtils.releaseConnection() 를 사용하도록 변경된 부분을 특히 주의해야 한다. 이유는 직접 닫아버리면 커넥션이 유지되지 않는 문제가 발생한다. 즉 커밋, 롤백 까지는 살아있어야 한다.
DataSourceUtils.releaseConnection()
- 트랜잭션을 사용하기 위해 동기화된 커넥션은 커넥션을 닫지 않고 그대로 유지해준다.
- 트랜잭션 동기화 매니저가 관리하는 커넥션이 없는 경우 해당 커넥션을 닫는다.

다음 서비스 코드에 트랜잭션 매니저를 사용해보자.

MemberServiceV3_1 - 생성

이제 테스트를 통해 정상 동작하는지 테스트 해보자.

MemberServiceV3_1Test - 테스트 생성

테스트를 실행해보면 정상 동작하는걸 확인할 수 있다.

트랜잭션 문제 해결 - 트랜잭션 매니저2

트랜잭션 매니저의 전체 동작 흐름을 그림을 통해 확인해보자.

트랜잭션 매니저1 - 트랜잭션 시작

서비스 계층에서 transactionManager.getTransaction() 을 호출해서 트랜잭션을 시작한다.
트랜잭션을 시작하려면 먼저 데이터베이스 커넥션이 필요하다. 트랜잭션 매니저는 내부에서 데이터소스를 사용해서 커넥션을 생성한다.
커넥션을 수동 커밋 모드로 변경해서 실제 데이터베이스 트랜잭션을 시작한다.
커넥션을 트랜잭션 동기화 매니저에 보관한다.
트랜잭션 동기화 매니저는 쓰레드 로컬에 커넥션을 보관한다. 따라서 멀티 쓰레드 환경에 안전하게 커넥션을 보관할 수 있다.

트랜잭션 매니저2 - 로직 실행

서비스는 비즈니스 로직을 실행하면서 리포지토리의 메서드들을 호출한다. 이때 커넥션을 파라미터로 전달하지 않는다.
리포지토리 메서드들은 트랜잭션이 시작된 커넥션이 필요하다. 리포지토리는 DataSourceUtils.getConnection() 을 사용해서 트랜잭션 동기화 매니저에 보관된 커넥션을 꺼내서 사용한다. 이 과정을 통해서 자연스럽게 같은 커넥션을 사용하고, 트랜잭션도 유지된다.
획득한 커넥션을 사용해서 SQL을 데이터베이스에 전달해서 실행한다.

트랜잭션 매니저3 - 트랜잭션 종료

비즈니스 로직이 끝나고 트랜잭션을 종료한다. 트랜잭션은 커밋하거나 롤백하면 종료된다.
트랜잭션을 종료하려면 동기화된 커넥션이 필요하다. 트랜잭션 동기화 매니저를 통해 동기화된 커넥션을 획득한다.
획득한 커넥션을 통해 데이터베이스에 트랜잭션을 커밋하거나 롤백한다.
전체 리소스를 정리한다.
- 트랜잭션 동기화 매니저를 정리한다. 쓰레드 로컬은 사용후 꼭 정리해야 한다.
- con.setAutoCommit(true) 로 되돌린다. 커넥션 풀을 고려해야 한다.
- con.close() 를 호출해셔 커넥션을 종료한다. 커넥션 풀을 사용하는 경우 con.close() 를 호출하면 커넥션 풀에 반환된다.

정리

트랜잭션 추상화 덕분에 서비스 코드는 JDBC 기술에 의존하지 않아도 된다. 그리고 JDBC 에서 JPA 로 넘어간다고 해도 서비스 코드는 그대로 유지 가능하다.

DataSourceTransactionManager -> JpaTransactionManager 변경만 해주면 된다.

트랜잭션 동기화 매니저 덕분에 커넥션을 파라미터로 넘기지 않아도 된다.

트랜잭션 문제 해결 - 트랜잭션 템플릿

트랜잭션 템플릿을 사용해서 반복하는 부분을 제거해보자.

MemberServiceV3_2 - 생성

기존 MemberServiceV3_1 코드에서 트랜잭션 템플릿, MemberServiceV3_2, 어카운트트랜스퍼 추가 및 수정했다.

트랜잭션 템플릿 사용 로직

트랜잭션 템플릿 덕분에 트랜잭션을 시작하고, 커밋하거나 롤백하는 코드가 모두 제거되었다.

트랜잭션 템플릿의 기본 동작은 다음과 같다.

비즈니스 로직이 정상 수행되면 커밋한다.
언체크 예외가 발생하면 롤백한다. 그 외의 경우 커밋한다. (체크 예외의 경우에는 커밋하는데, 이 부분은 뒤에서 설명한다.)

코드에서 예외를 처리하기 위해 try~catch 가 들어갔는데, bizLogic() 메서드를 호출하면 SQLException 체크 예외를 넘겨준다. 해당 람다에서 체크 예외를 밖으로 던질 수 없기 때문에 언체크 예외로 바꾸어 던지도록 예외를 전환했다.

MemberServiceV3_2Test - 생성

MemberServiceV3_2Test 테스트 코드는 MemberServiceV3_1Test 코드 와 똑같아 따로 첨부하지 않겠다. 같은 테스트 코드를 실행해도 문제 없는 것을 확인할 수 있다.

정리

트랜잭션 템플릿 덕분에, 트랜잭션을 사용할 때 반복하는 코드를 제거할 수 있었다.
하지만 이곳은 서비스 로직인데 비즈니스 로직 뿐만 아니라 트랜잭션을 처리하는 기술 로직이 함께 포함되어 있다.
애플리케이션을 구성하는 로직을 핵심 기능과 부가 기능으로 구분하자면 서비스 입장에서 비즈니스 로직은 핵심 기능이고, 트랜잭션은 부가 기능이다.
이렇게 비즈니스 로직과 트랜잭션을 처리하는 기술 로직이 한 곳에 있으면 두 관심사를 하나의 클래스에서 처리하게 된다. 결과적으로 코드를 유지보수하기 어려워진다.

트랜잭션 문제 해결 - 트랜잭션 AOP 이해

트랜잭션을 편리하게 사용하기 위해 -> 트랜잭션 추상화를 도입, 거기에 반복적인 처리작업을 해결하기 위해 -> 트랜잭션 템플릿 을 사용했다. 트랜잭션 템플릿을 사용함으로서 트랜잭션을 처리하는 반복 코드는 해결했지만, 서비스 계층에 순수한 비즈니스 로직만을 남긴다는 목표를 달성하지 못했다.

이를 해결하기 위해서는 AOP를 통해 프록시를 도입하면 문제를 해결할 수 있다고 한다.

프록시 도입 전

프록시를 도입하기 전에는 기존처럼 서비스의 로직에서 트랜잭션을 직접 시작한다.

프록시 도입 후

프록시를 사용하면 트랜잭션을 처리하는 객체와 비즈니스 로직을 처리하는 서비스 객체를 명확하게 분리할 수 있다.

프록시 적용 전에는 서비스에 비즈니스 로직과 트랜잭션 처리 로직이 함께 동작한다. 하지만 프록시 적용 후에는 트랜잭션 프록시가 트랜잭션 처리를 모두 가져간다. 그럼 문제점이였던 트랜잭션 처리 로직이 전부 사라져 순수 비즈니스 로직만 남게된다.

트랜잭션 문제 해결 - 트랜잭션 AOP 적용

위에 배운 내용 토대로 트랜잭션 AOP 적용을 해보고자 한다.

MemberServiceV3_3 - 생성

위에 설명대로 비즈니스 로직만 남기고 모든 트랜잭션 처리 로직을 전부 제거했다.

스프링에서 트랜잭션 AOP를 적용하기 위해서는 꼭 @Transactional 애노테이션을 추가해야 한다.

이제 테스트를 해보고 정상 동작하는지 확인해보자.

MemberServiceV3_3Test - 테스트 생성

나머지는 MemberServiceV3_2Test 코드와 동일하다.

AopCheck() 의 실행 결과를 확인해보자.

AopCheck() 의 실행 결과를 보면 memberService 에 EnhancerBySpringCGLIB.. 라는 부분을 통해 프록시(CGLIB)가 적용된 것을 확인할 수 있다.
memberRepository 에는 AOP를 적용하지 않았기 때문에 프록시가 적용되지 않는다.
나머지 테스트 코드들을 실행해보면 트랜잭션이 정상 수행되고, 실패시 정상 롤백된 것을 확인할 수 있다.

트랜잭션 문제 해결 - 트랜잭션 AOP 정리

트랜잭션 AOP가 사용된 전체 흐름을 그림으로 정리해보자.

선언적 트랜잭션 관리 vs 프로그래밍 방식 트랜잭션 관리

선언적 트랜잭션 관리(Declarative Transaction Management)

@Transactional 애노테이션 하나만 선언해서 매우 편리하게 트랜잭션을 적용하는 것을 선언적 트랜잭션 관리라 한다.
선언적 트랜잭션 관리는 과거 XML에 설정하기도 했다. 이름 그대로 해당 로직에 트랜잭션을 적용하겠다 라고 어딘가에 선언하기만 하면 트랜잭션이 적용되는 방식이다.

프로그래밍 방식의 트랜잭션 관리(programmatic transaction management)

트랜잭션 매니저 또는 트랜잭션 템플릿 등을 사용해서 트랜잭션 관련 코드를 직접 작성하는 것을 프로그래밍 방식의 트랜잭션 관리라 한다.

실무에서는 대부분 선언적 트랜잭션 관리를 사용한다.

프로그래밍 방식의 트랜잭션 관리는 스프링 컨테이너나 스프링 AOP 기술 없이 간단히 사용할 수 있지만 실무에서는 대부분 스프링 컨테이너와 스프링 AOP를 사용하기 때문에 거의 사용되지 않는다.
프로그래밍 방식 트랜잭션 관리는 테스트 시에 가끔 사용될 때는 있다.

스프링 부트의 자동 리소스 등록

스프링 부트가 등장하기 이전에는 데이터소스와 트랜잭션 매니저를 개발자가 직접 스프링 빈으로 등록해서 사용했다.

요 부분

기존에는 이렇게 데이터소스와 트랜잭션 매니저를 직접 스프링 빈으로 등록해야 했다.
그런데 스프링 부트가 나오면서 많은 부분이 자동화되었다.

데이터소스 - 자동 등록

스프링 부트는 데이터소스/빈 이름( DataSource )를 스프링 빈에 자동으로 등록한다.
개발자가 직접 데이터소스를 빈으로 등록하면 스프링 부트는 데이터소스를 자동으로 등록하지 않는다.

이때 스프링 부트는 다음과 같이 application.properties 에 있는 속성을 사용해서 DataSource 를 생성한다. 그리고 스프링 빈에 등록한다.

application.properties - 추가

스프링 부트가 기본으로 생성하는 데이터소스는 커넥션풀을 제공하는 HikariDataSource 이다. 커넥션풀과 관련된 설정도 application.properties 를 통해서 지정할 수 있다.
spring.datasource.url 속성이 없으면 내장 데이터베이스(메모리 DB)를 생성하려고 시도한다.

트랜잭션 매니저 - 자동 등록

스프링 부트는 적절한 트랜잭션 매니저( PlatformTransactionManager )를 자동으로 스프링 빈에 등록한다. 스프링 빈 이름은 transactionManager.
참고로 개발자가 직접 트랜잭션 매니저를 빈으로 등록하면 스프링 부트는 트랜잭션 매니저를 자동으로 등록하지 않는다.

어떤 트랜잭션 매니저를 선택할지는 현재 등록된 라이브러리를 보고 판단하는데, JDBC를 기술을 사용하면 DataSourceTransactionManager 를 빈으로 등록하고, JPA를 사용하면 JpaTransactionManager 를 빈으로 등록한다.

둘다 사용하는 경우 JpaTransactionManager 를 등록한다.

JpaTransactionManager 는 DataSourceTransactionManager 가 제공하는 기능도 대부분 지원한다.

이제 어떻게 자동으로 등록되는지 확인해보도록 하자.

데이터소스와 트랜잭션 매니저 자동 등록

MemberServiceV3_4Test - 생성

데이터소스와 트랜잭션 매니저를 스프링 빈으로 등록하는 코드가 생략되었다. 따라서 스프링 부트가 application.properties 에 지정된 속성을 참고해서 데이터소스와 트랜잭션 매니저를 자동으로 생성해준다.

나머지 테스트 코드는 기존 MemberServiceV3_4Test 와 동일하다.

이제 실행해보면 정상적으로 실행되는 것을 확인할 수 있다.

정리

데이터소스와 트랜잭션 매니저는 스프링 부트가 제공하는 자동 빈 등록 기능을 사용하는 것이 편리하다. 추가로 application.properties 를 통해 설정도 편리하게 할 수 있다.

JJoSuk

안녕하세요

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