자바 ORM 표준 JPA 프로그래밍 - 영속성 관리

Song Chae Won·2023년 5월 29일
JPASpringboot
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자바 ORM 표준 JPA 프로그래밍 스터디

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📝 영속성 관리

: JPA가 제공하는 기능은 엔티티와 테이블을 매핑하는 설계 부분과 매핑한 엔티티를 실제 사용하는 부분으로 나눌 수 있다. 매핑한 엔티티를 엔티티 매니저를 통해 어떻게 사용하는지 알아보자. 엔티티 매니저는 저장하고, 수정하고, 삭제하고, 조회하는 등 엔티티와 관련된 모든 일을 처리한다. 엔티티 매니저는 엔티티를 저장하는 가상의 DB로 생각하면 된다.

3.1 엔티티 매니저 팩토리와 엔티티 매니저

EntityManagerFactory를 생성하는 코드

//엔티티 매니저 팩토리 생성
EntityManagerFactory emf = Persistence.createEntityManagerFactory("jpabook");

Persistence.createEntityManagerFactory("jpabook") 를 호출하면 META-INF/persistence.xml에 있는 정보를 바탕으로 EntityManagerFactory를 생성

EntityManager를 생성하는 코드

//엔티티 매니저 생성
EntityManager em = emf.createEntityManager();

emf.createEntityManager()를 호출하면 EntityManager를 생성한다.

EntityManagerFactory는 만드는 비용이 상당히 크다. 따라서 한 개만 만들어서 애플리케이션 전체에서 공유하도록 설계되어 있다. 또한 스레드가 동시에 접근해도 안전하므로 서로 다른 스레드 간에 공유해도 안전하다.

EntityManager는 만드는 비용이 거의 들지 않는다. 필요에 따라서 생성하고 사용하면 된다. 하지만 주의할 점은 스레드가 동시에 접근하면 동시성 문제가 발생하므로 스레드 간에 절대 공유하면 안된다.

3.2 영속성 컨텍스트란?

영속성 컨텍스트(Persistence context)란 JPA를 이해하는데 가장 중요한 용어로 '엔티티를 영구 저장하는 환경' 이라는 뜻

em.persist(member);

이 코드를 단순하게 회원 Entity(member)를 저장 한다라고 생각할 수 있는데 정확하게는 엔티티 매니저를 사용해서 회원 엔티티를 영속성 컨텍스트에 저장한다. 영속성 컨텍스트는 논리적인 개념으로 엔티티 매니저를 생성할 때 하나 만들어진다. 그리고 EntityManager를 통해서 영속성 컨텍스트에 접근하고 관리할 수 있다.

➕ 참고 : 여러 엔티티매니저가 같은 영속성 컨텍스트에 접근할 수도 있다.

3.3 엔티티의 생명주기

🔻 비영속(new/transient) : 영속성 컨텍스트와 전혀 관계가 없는 상태

  • 순수한 객체 상태이며 아직 저장하지 않았기에 영속성 컨텍스트나 DB와는 관련이 없음
Member member = new Member();
member.setId("member1");
member.setUsername("회원1");

🔻 영속(managed) : 영속성 컨텍스트에 저장되고 관리되는 상태

  • 엔티티 매니저를 통해 엔티티를 영속성 컨텍스트에 저장했다. 이처럼 영속성 컨텍스트가 관리하는 엔티티를 영속상태라고 하고 위의 예제에서 회원 엔티티는 영속 상태가 되었다. 그리고 em.find()나 JPQL을 사용해서 조회한 엔티티도 영속성 컨텍스트가 관리하는 영속 상태이다.
em.persist(member);

🔻 준영속(detached) : 영속성 컨텍스트에 저장되었다가 분리된 상태

  • 영속성 컨텍스트가 관리하던 영속 상태의 엔티티를 영속성 컨텍스트가 관리하지 않으면 준영속 상태가 된다. 특정 엔티티를 준영속 상태로 만들려면 em.detach()를 호출하면된다.
em.detach(member);

🔻 삭제(delete) : 삭제된 상태

  • 엔티티를 영속성 컨텍스트와 데이터베이스에서 삭제한다.
em.remove(member);

3.4 영속성 컨텍스트의 특징

🔻 영속성 컨텍스트와 식별자 값

  • 영속성 컨텍스트는 엔티티를 구분하는데 @Id 어노테이션을 붙여놓은 식별자 값으로 구분한다. 따라서 영속 상태는 식별자 값이 반드시 있어야 하고 없으면 예외가 발생한다.

🔻 데이터베이스 저장

  • JPA는 보통 트랜잭션을 커밋하는 순간 영속성 컨텍스트에 새로 저장된 엔티티를 데이터베이스에 반영한다. 그리고 이것을 flush 라고 한다.

🔻 영속성 컨텍스트의 장점

  • 1차 캐시
  • 동일성 보장
  • 트랜잭션을 지원하는 쓰기 지연
  • 변경 감지
  • 지연 로딩

3.4.1 엔티티 조회

🔻 1차 캐시
영속성 컨텍스트는 내부에 캐시를 가지고 있다 그리고 이것을 1차 캐시라 부르고 영속 상태의 엔티티는 모두 이곳에 저장된다. 예를 들어,Map에서 Key는 @Id로 매핑한 식별자고 value는 엔티티 인스턴스 라고한다.

//엔티티를 생성한 상태(비영속)
Member member = new Member();
member.setId("member1");
member.setUsername("회원");

//엔티티를 영속
em.persist(member);

이 코드를 실행하면 member 인스턴스는 영속 컨텍스트 1차 캐시에 저장된다.

🔻 1차 캐시 조회

Member member = new Member();
member.setId("member1");
member.setUsername("회원1");

//1차 캐시에 저장됨
em.persist(member);

//1차 캐시에서 조회
Member findMember = em.find(Member.class, "member1");

🔻 데이터베이스 조회

em.find() 로 조회를 시도할 때 1차 캐시에 없다면 어떤 방식으로 처리 되는지 확인해 보자.

  1. find("member2")실행해면 "member2" 로 1차 캐시에서 찾아본다. 그러나 존재하지않음

  2. 존재하지 않기 때문에 DB에 가서 조회 한다.

  3. 조회한 내용으로 member2 의 인스턴스를 생성하고 1차 캐시에 저장한다.

  4. 조회한 엔티티를 반환한다.

  • 이제 member1, member2 엔티티 인스턴스는 1차 캐시에 있다. 이 엔티티들을 조회하면 메모리에 있는 1차 캐시에서 바로 불러오기에 성능상 이점이 생긴다.

🔻 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

결과 : true

반복해서 호출해도 영속성 컨텍스트는 1차 캐시에 있는 같은 엔티티 인스턴스를 반환한다. 따라서 둘은 같은 인스턴스이고 영속성 컨텍스트는 성능상 이점과 엔티티의 동일성을 보장한다.

3.4.2 엔티티 등록

EntityManager em = emf.createEntityManager(); //엔티티 매니저 생성
EntityTransaction transaction = em.getTransaction(); //트랜잭션 기능 획득

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

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

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

EntityManager는 트랜잭션을 커밋( transaction.commit() )하기 직전 까지는 데이터베이스에 엔티티를 저장하지 않고 내부 쿼리 저장소에 INSERT SQL을 모아둔다. 그리고 커밋 시점에 데이터베이스에 보내는데 이부분을 트랜잭션을 지원하는 쓰기지연(transactional write-behind) 이라 한다.

  • memberA를 1차 캐시에 저장 / INSERT SQL을 만들고 쓰기지연 SQL 저장소에 보관한다.
  • memberB를 1차 캐시에 저장 / INSERT SQL을 만들고 쓰기지연 SQL 저장소에 보관한다.

commit() 을 수행하면 영속성 언텍스트를 플러시한다. 플러시는 영속성 컨텍스트의 변경 내용을 DB에 동기화 하는 작업을 한다. 이렇게 동기화 후 데이터베이스 트랜잭션을 커밋한다.

트랜잭션을 지원하는 쓰기 지연이 가능한 이유
: 등록 쿼리를 그때 그때 데이터베이스에 전달해도 트랜잭션을 커밋하지 않으면 아무 소용이 없고 커밋 직전에만 데이터베이스에 SQL을 전달하면 되기에 쓰기 지연이 가능하다. 이 기능을 잘 활용하면 모아둔 등록 쿼리를 데이터베이스에 한 번에 전달해서 성능을 최적화할 수 있다.

3.4.3 엔티티 수정

🔻 엔티티 수정 코드

EntityManager em = emf.createEntityManager(); //엔티티 매니저 생성
EntityTransaction transaction = em.getTransaction(); //트랜잭션 기능 획득
transaction.begin(); // [트랜잭션] 시작

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

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

//em.update(member) 이런 코드가 필요하지 않을까??

transaction.commit(); // [트랜잭션] 커밋

영속상태의 Entity를 변경하면 EntityManager는 이 부분을 감지하고 transaction.commit() 시점에 DB에 UPDATE SQL을 보내고 데이터베이스 트랜잭션을 commit 하게된다. 이렇게 우리는 변경에 대한 UPDATE문을 작성하지 않고 영속상태의 Entity의 값을 변경 하기만 하면된다. 이렇게 엔티티의 변경사항을 데이터베이스에 자동으로 반영하는 기능을 변경 감지라고 한다.

JPA는 엔티티를 영속성 컨텍스트에 보관할 때, 최초 상태를 복사해서 저장해두는데 이를 스냅샷이라고 하고 플러시 시점에 스냅샷과 엔티티를 비교해서 변경된 엔티티를 찾는다.

  1. 트랜잭션을 커밋하면 엔티티 매니저 내부에서 먼저 플러시가 호출됨.
  2. 엔티티와 스냅샷을 비교해서 변경된 엔티티를 찾는다.
  3. 변경된 엔티티가 있으면 수정 쿼리를 생성해서 쓰기 지연 SQL 저장소에 보낸다.
  4. 쓰기 지연 저장소의 SQL을 데이터 베이스에 보낸다.
  5. 데이터베이스 트랜잭션을 커밋

변경감지는 영속성 컨텍스트가 관리하는 영속 상태의 엔티티에만 적용된다. 비영속, 준영속처럼 영속성 컨텍스트의 관리를 받지 못하는 엔티티는 값을 변경해도 데이터베이스에 반영되지 않는다. JPA의 기본 전략은 엔티티의 모든 필드를 업데이트 한다.

장점1) 모든 필드를 사용하면 수정 쿼리가 항상 같아서 애플리케이션 로딩 시점에 수정 쿼리를 미리 생성해두고 재사용할 수 있음
장점2) 데이터베이스에 동일한 쿼리를 보내면 데이터 베이스는 이전에 한 번 파싱된 쿼리를 재사용할 수 있음

3.4.4 엔티티 삭제

Member memberA = en.find(Member.class, "memberA"); // 엔티티 조회
em.remove(memberA);  // 엔티티 삭제

em.remove() 에 삭제대상 엔티티를 넘겨주면 DELETE SQL을 만들어서 DB에서 삭제된다.

(플러시를 호출 > DELETE SQL 작성 > 쓰기 지연 저장소 > DB 전송 > DB 트랜잭션 커밋)

3.5 플러시

플러시(flush())는 영속성 컨텍스트의 변경 내용을 SQL로 만들고 데이터베이스에 반영한다.

🔻 플러시 수행동작
1) 영속성 컨텍스트에 있는 모든 엔티티를 스냅샷과 비교해서 수정된 엔티티를 찾는다.

2) 변경이 확인된 엔티티는 수정 SQL을 만들고 쓰기지연 SQL저장소에 등록한다.

3) 쓰기 지연 SQL 저장소의 쿼리를 DB에 전송한다. (C/R/U/D SQL 모두포함)

🔻 플러시 호출방법 3가지
1) em.flush()를 직접호출 : 테스트나 다른 프레임워크와 JPA를 함께 사용할 때를 제외하고 거의 사용안함

2) 트랜잭션 커밋 시 플러시가 자동호출 : 커밋할 때 알아서 SQL문을 만들어서 보내야 되기 때문에 JPA는 자동으로 호출한다.

3) JPQL 쿼리 실행시 플러시가 자동호출 : JPQL외에 영속성컨 텍스트에 기존에 반영되지 않은 엔티티가 남아 있을 수 있으므로 자동으로 flush() 를 호출한다.

🔻 플러시 모드 옵션

  • FlushModeType.AUTO : 커밋이나 쿼리를 실행할 때 실행
  • FlushModeType.COMMIT : 커밋할 때만 실행

별도로 설정하지 않으면 AUTO로 동작하고, COMMIT 모드는 성능 최적화를 위해 사용할 수 있음

⭐ 플러시는 영속성 컨텍스트에 보관된 엔티티를 지우는 것일이 아니라, 영속성 컨텍스트의 변경 내용을 데이터베이스에 동기화 하는 것

3.6 준영속

영속성 컨텍스트가 관리하는 영속 상태의 엔티티가 영속성 컨텍스트에서 분리된 것을 준영속 상태라고 한다. 따라서 준영속 상태의 엔티티는 영속성 컨텍스트가 제공하는 기능을 사용할 수 없다.

🔻 준영속 상태를 만드는 방법 3가지

1) em.detach(entity) : 특정 엔티티만 준영속 상태로 전환

2) em.clear() : 영속성 컨텍스트를 완전히 초기화

3) em.close() : 영속성 컨텍스트를 종료

3.6.1 엔티티를 준영속 상태로 전환 : detach()

  • 특정 엔티티 하나를 준영속 상태로 만드는 메소드
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();   //트랜잭션 커밋
}

em.detach(member): 해당 엔티티를 관리하지 말라고 하는 것, 메소드를 호출하는 순간 1차 캐시부터 쓰기 지연 SQL저장소까지 해당 엔티티를 관리하기 위한 모든 정보가 제거된다. 영속성 컨텍스트로부터 분리 된 상태이다.

3.6.2 영속성 컨텍스트 초기화 : clear()

  • 영속성 컨텍스트를 초기화해서 해당 영속성 컨텍스트의 모든 엔티티를 준영속 상태로 만든다.
//엔티티 조회, 영속 상태
Member member = em.find(Member.class, "memberA");

em.clear();     //영속성 컨텍스트 초기화

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

clear()를 통해 영속성 컨텍스트에 있는 모든 것이 초기화 되었고, 이제 영속성 컨텍스트가 관리하지 않으므로 준영속 상태이다. 그리고 준영속 상태이므로 영속성 컨텍스트가 지원하는 변경 감지는 동작하지 않아서 회원의 이름을 변경해도 DB에 반영되지 않는다.

3.6.3 영속성 컨텍스트 종료 : clear()

영속성 컨텍스트를 종료하면 해당 영속성 컨텍스트가 관리하던 영속 상태의 엔티티가 모두 준영속 상태가 된다.

public void closeEntityManager() {

    EntityManagerFactory emf =
        Persistence.createEntityManagerFactory("jpabook");
        
    EntityManager em = emf.createEntityManager();
    EntityTransaction transaction = em.getTransaction();
    
    transaction.begin();    // [트랜잭션] - 시작
    
    Member memberA = em.find(Member.class, "memberA");
    Member memberB = em.find(Member.class, "memberB");
    
    transaction.commit();   // [트랜잭션] = 커밋
    
    em.close();     // 영속성 컨텍스트 닫기(종료)
}

위의 코드를 보면, 영속성 컨텍스트의 닫기로 영속성 컨텍스트가 종료되어 더는 memberA, memberB가 관리되지 않는다.

🔻 준영속 상태의 특징

  • 거의 비영속 상태에 가깝다
    1차 캐시, 쓰기 지연, 변경 감지, 지연 로딩을 포함한 영속성 컨텍스트가 제공하는 어떤 기능도 동작하지 않는다.

  • 식별자 값을 가지고 있다.
    준영속 상태는 이미 한 번 영속 상태였으므로 반드시 식별자 값을 가지고 있다.

  • 지연 로딩을 할 수 없다.
    영속성 컨텍스트가 더는 관리하지 않기 때문에 지연 로딩을 할 수 없다.
    (지연 로딩 : 실제 객체 대신 프록시 객체를 로딩해두고 해당 객체를 실제로 사용할 때 영속성 컨텍스트를 통해 데이터를 불러오는 방법)

병합

준영속 상태의 엔티티를 다시 영속 상태로 변경하려면 병합을 사용하면 된다.
merge() 메소드는 준영속 상태의 엔티티를 받아서 그 정보로 새로운 영속 상태의 엔티티를 반환한다.

// merge() 메소드 정의
public <T> T merge(T entity);

// 사용 예
Member mergeMember = em.merge(member);

  1. merge()를 실행한다.

  2. 파라미터로 넘어온 준영속 엔티티의 식별자 값으로 1차 캐시에서 엔티티를 조회한다.

  3. 만약 1차 캐시에 엔티티가 없으면 데이터베이스에서 엔티티를 조회하고 1차 캐시에 저장한다.

  4. 조회한 영속 엔티티(mergeMember) 에 member의 값을 채워 넣는다.

member 엔티티의 모든 값을 mergeMember에 밀어 넣는다. 이때, mergeMember의 "회원1" 이라는 이름이 "회원명 변경"으로 바뀐다.
(member.setName("회원명 변경") 을 실행한 상태)

  1. mergeMember를 반환한다.

member는 여전히 준영속 상태지만, mergeMember가 영속 상태인 채로 남아있다기에 둘은 서로 다른 인스턴스이다.

따라서 준영속 상태인 member는 이제 사용할 필요가 없으므로 영속 엔티티를 참조하도록 변경하는 것이 안전하다.

// Member mergeMember = em.merge(member); // 아래 코드로 변경
member = em.merge(member);

비영속 병합

병합은 비영속 엔티티도 영속 상태로 만들 수 있다.

Member member = new Member();
Member newMember = em.merge(member);    //비영속 병합
tx.commit();

파라미터로 넘어온 엔티티의 식별자 값으로 영속성 컨텍스트를 조회한다. 엔티티가 없으면 데이터베이스에서 조회한다. 데이터베이스에서도 발견하지 못하면 새로운 엔티티를 생성해서 병합한다.

병합은 준영속, 비영속을 신경쓰지 않는다. 식별자 값으로 엔티티를 조회할 수 있으면 불러서 병합, 조회할 수 없으면 새로 생성해서 병합한다. 따라서 병합은 save or update 기능을 수행한다.

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