[Spring DB] 트랜잭션 이해

3-1. 트랜잭션 - 개념 이해

• 데이터베이스에서 트랜잭션은 하나의 거래를 안전하게 처리하도록 보장해주는 것을 뜻한다.
• 예를 들어 A의 5,000원을 B에게 이체한다고 했을 때, A의 잔고를 5,000원 감소시키고, B의 잔고를 5,000원 증가시켜야 한다.

5,000원 계좌이체

1. A의 잔고를 5000원 감소
2. B의 잔고를 5000원 증가

• 계좌이체라는 거래는 이렇게 2가지 작업이 합쳐져서 하나의 작업처럼 동작해야 한다. 만약 1번은 성공했는데 2번에서 시스템에 문제가 발생하면 계좌이체는 실패하고, A의 잔고만 5000원 감소하는 심각한 문제가 발생한다.
• 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.
• 모든 작업이 성공해서 데이터베이스에 정상 반영하는 것을 커밋(Commit)이라 하고, 작업 중 하나라도 실패해서 거래 이전으로 되돌리는 것을 롤백(Rollback)이라 한다.

트랜잭션 ACID

• 트랜잭션은 ACID라 하는 원자성(Atomicity), 일관성(Consistency), 격리성(Isolation), 지속성(Durability)을 보장해야 한다.

1. 원자성(Atomicity): 트랜잭션 내에서 실행한 작업들은 마치 하나의 작업인 것처럼 모두 성공 하거나 모두 실패해야 한다.
2. 일관성(Consistency): 모든 트랜잭션은 일관성 있는 데이터베이스 상태를 유지해야 한다. 예를 들어 데이터베이스에서 정한 무결성 제약 조건을 항상 만족해야 한다.
3. 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.
4. 지속성(Durability): 트랜잭션을 성공적으로 끝내면 그 결과가 항상 기록되어야 한다. 중간에 시스템에 문제가 발생해도 데이터베이스 로그 등을 사용해서 성공한 트랜잭션 내용을 복구해야 한다.

• 트랜잭션은 원자성, 일관성, 지속성을 보장한다. 문제는 격리성인데 트랜잭션 간에 격리성을 완벽히 보장하려면 트랜잭션을 거의 순서대로 실행해야 한다. 이렇게 하면 동시 처리 성능이 매우 나빠진다. 이런 문제로 인해 ANSI 표준은 트랜잭션의 격리 수준을 4단계로 나누어 정의했다.

트랜잭션 격리 수준 - Isolation level

• READ UNCOMMITED(커밋되지 않은 읽기)
• READ COMMITTED(커밋된 읽기)
• REPEATABLE READ(반복 가능한 읽기)
• SERIALIZABLE(직렬화 가능)

• 본 강의에서는 일반적으로 많이 사용하는 READ COMMITTED(커밋된 읽기) 트랜잭션 격리 수준을 기준으로 설명한다.

3-2. 데이터베이스 연결 구조와 DB 세션

데이터베이스 연결 구조

• 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 데이터베이스 서버는 내부에 세션이라는 것을 만든다. 그리고 앞으로 해당 커넥션을 통한 모든 요청은 이 세션을 통해서 실행하게 된다.
• 쉽게 이야기해서 개발자가 클라이언트를 통해 SQL을 전달하면 현재 커넥션에 연결된 세션이 SQL을 실행한다.
• 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 10개가 만들어진다.

3-3. 트랜잭션 - DB 예제1 - 개념 이해

트랜잭션 사용법

• 데이터 변경 쿼리를 실행하고 데이터베이스에 그 결과를 반영하려면 커밋 명령어인 commit을 호출하고, 반영하고 싶지 않으면 rollback을 호출한다.
• 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.

기본 데이터

세션1에서 신규 데이터 추가

• 세션1을 트랜잭션을 시작하고 신규 회원1, 2를 DB에 추가했다. 커밋은 하지 않은 상태라 새로운 데이터는 임시 상태로 저장된다.
• 세션1에서 select 쿼리를 실행하면 신규 회원 1,2를 조회할 수 있으나, 세션2에서는 조회할 수 없다.

커밋하지 않은 데이터를 다른 곳에서 조회할 수 있으면 어떤 문제가 발생할까?

• 예를 들어서 커밋하지 않는 데이터가 보인다면, 세션2는 데이터를 조회했을 때 신규 회원1, 2가 보일 것이다. 따라서 신규 회원1, 신규 회원2가 있다고 가정하고 어떤 로직을 수행할 수 있다. 그런데 세션1이 롤백을 수행하면 신규 회원1, 신규 회원2의 데이터가 사라지게 된다. 따라서 데이터 정합성에 큰 문제가 발생한다.
• 세션2에서 세션1이 아직 커밋하지 않은 변경 데이터가 보이다면, 세션1이 롤백 했을 때 심각한 문제가 발생할 수 있다. 따라서 커밋 전의 데이터는 다른 세션에서 보이지 않는다.

세션1에서 신규 데이터 추가 후 commit

• 세션1에서 커밋을 호출하면, 데이터의 상태는 임시 -> 완료로 변경되면서 다른 세션에서도 신규 회원들을 조회할 수 있게 된다.

세션1에서 신규 데이터 추가 후 rollback

• 세션1이 신규 데이터를 추가한 후 rollback을 호출할 시, 트랜잭션 시작 전으로 복구된다.

3-4. 트랜잭션 - DB 예제2 - 자동 커밋, 수동 커밋

커밋 설정

• 자동 커밋으로 설정하면 각각의 쿼리 실행 직후에 자동으로 커밋을 호출한다.하지만 쿼리를 하나하나 실행할 때 마다 자동으로 커밋이 되어버리기 때문에 우리가 원하는 트랜잭션 기능을 제대로 사용할 수 없다.
• 따라서 commit, rollback을 직접 호출하면서 트랜잭션 기능을 제대로 수행하려면 자동 커밋을 끄고 수동 커밋을 사용해야 한다.

set autocommit true; //자동 커밋 모드 설정
insert into member(member_id, money) values ('data1',10000); //자동 커밋
insert into member(member_id, money) values ('data2',10000); //자동 커밋

set autocommit false; //수동 커밋 모드 설정
insert into member(member_id, money) values ('data3',10000);
insert into member(member_id, money) values ('data4',10000); commit; //수동 커밋

3-5. 트랜잭션 - DB 예제3 - 트랜잭션 실습

• H2 웹 콘솔 2개를 구동해 실험

1. 기본 데이터 입력

//데이터 초기화
set autocommit true;
delete from member;
insert into member(member_id, money) values ('oldId',10000);

• 먼저 데이터 초기화를 한 뒤에 기본 데이터를 입력해준다.

2. 신규 데이터 추가 - 커밋 전

//트랜잭션 시작
set autocommit false; //수동 커밋 모드
insert into member(member_id, money) values ('newId1',10000); 
insert into member(member_id, money) values ('newId2',10000);

• 세션1에서 신규 데이터를 추가해보자. 아직 커밋은 하지 않는다.

select * from member;

• 세션 1, 세션 2에서 위의 쿼리를 실행해보면 아래와 같은 결과가 출력된다. 왼쪽이 세션 1, 오른쪽이 세션 2의 결과이다.
  
• 세션 1이 커밋을 하지 않은 상태이기 때문에 세션 1에서는 입력한 데이터가 보이지만, 세션 2에서는 입력한 데이터가 보이지 않는 것을 확인할 수 있다.

3. 커밋 - commit

commit; //데이터베이스에 반영

• 데이터를 추가한 세션 1에서 커밋을 호출하면 세션 2에서도 추가한 데이터를 확인할 수 있다.
  
• 롤백은 트랜잭션 이전 상태 (초기 상태)로 되돌아간다. 자세한 설명은 생략한다.

rollback; //롤백으로 데이터베이스에 변경 사항을 반영하지 않는다.

3-6. 트랜잭션 - DB 예제4 - 계좌이체

• 계좌이체 정상
• 계좌이체 문제 상황 - 커밋
• 계좌이체 문제 상황 - 롤백