[JPA 기본] 영속성 관리 - 내부 동작 방식 👨‍💻

홍정완·2022년 10월 26일

JPA

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영속성 관리

EntityMangerFactory

데이터베이스를 1개만 사용하는 애플리케이션은 일반적으로 EntityMangerFactory를 하나만 생성한다.

생성 방법

EntityManagerFactory emf = Persistence.createEntityManagerFactory("jpabook");

EntityManagerFactory는 EntityManager를 생산해 주는 팩토리 기법을 이용한 클래스(인스턴스)다.

EntityManagerFactory는 이름 그대로 공장이라는 뜻으로 공장을 만드는 비용은 상당하다.
EntityManagerFactory를 1개만 만들어서 애플리케이션 전체에서 공유하도록 설계해야 한다.
EntityManagerFactory는 여러 쓰레드가 동시에 접근해도 안전하므로(thread-safe) 서로 다른 쓰레드 간에 자원을 공유해도 된다.

EntityManger

EntityManager em;

엔티티를 저장하고 수정하고, 삭제하고 조회하는 등 엔티티와 관련된 모든 일을 처리한다. 개발자 입장에서는 엔티티를 저장하는 가상의 데이터베이스라고 생각하면 쉽다. 영속성 컨텍스트를 가지고 있으며, 대개 하나의 트랜잭션에 맞춘 라이프 사이클(생성 및 삭제)을 가지고 있다.

생성 방법

EntityManagerFactory emf = Persistence.createEntityManagerFactory("jpabook");
EntityManager em = emf.createEntityManager();

EntityManger는 생성하는데 비용 소모가 거의 없으나 동시에 접근하면 동시성 문제가 발생한다.
그러므로 쓰레드 간에 절대 공유하면 안다는 점을 기억하자.

JPA가 커넥션을 얻는 과정은 일반적인 방법과 다르다. 위 그림과 같이 EntityManger는 생성했다고 해서 바로 데이터베이스 커넥션을 사용하지는 않는다. 바로, EntityManger2와 같이 데이터베이스와 연결이 꼭 필요한 시점에만 커넥션을 획득한다.

즉, 트랜잭션이 시작하면 커넥션을 사용한다는 특징을 가지고 있다.

영속성 컨텍스트란

엔티티를 영구 저장하는 환경을 의미한다.
일종의 캐시와 같은 역할을 수행하며, 내부적으로 엔티티를 보관하고 있다.
논리적인 개념으로 EntityManager를 생성할 때 하나 만들어진다.
EntityManger를 이용하면 영속성 컨텍스트에 엔티티를 저장하거나 조회할 수 있다.

em.persist(member);

EntityManger는 엔티티를 영속성 컨텍스트에 보관하고 관리만 하는 역할이다.
이후에, commit이 일어나면 영속성 컨텍스트에서 쿼리를 만들어 실제 데이터베이스에 반영을 한다.

하나의 엔티티 매니저가 하나의 영속성 컨텍스트에 접근 or 여러 엔티티 매니저가 하나의 영속성 컨텍스트에 접근

엔티티 생명주기

엔티티 4가지 상태

비영속

엔티티 객체를 생성했지만 아직 저장하지 않은 상태

Entity entity = new Entitiy();

영속

엔티티가 영속성 컨텍스트에 저장된 상태
영속 상태 : 영속성 컨텍스트에 의해 관리되는 엔티티 상태를 의미한다.

em.persist(entity);

준영속

영속 상태의 엔티티를 영속성 컨텍스트가 관리하지 않으면서 바뀌는 상태

em.detach(entity)

삭제

엔티티가 영속성 컨텍스트에서 삭제된 상태

em.remove(entity)

영속성 컨텍스트 특징

영속성 컨텍스트와 식별자 값

영속성 컨텍스트는 엔티티를 식별자 값으로 구분한다.
따라서 영속 상태는 식별자 값이 반드시 있어야 한다.
식별자가 없으면 예외가 발생한다.

영속성 컨텍스트와 데이터베이스 저장

영속성 컨텍스트에 엔티티를 저장하면 언제 데이터베이스에 저장될까 ❓
트랜잭션을 commit 하는 순간 영속성 컨텍스트에 존재하는 엔티티를 반영
영속성 컨텍스트에 존재하는 엔티티를 반영하는 것을 flush 라 한다.

flush는 데이터 베이스에 반영을 시키는 작업이다. 하지만 커밋이 이루어지지 않는다면 언제든지 롤백이 될 수 있다. commit은 반영된 데이터베이스의 데이터를 영구적으로 저장하겠다고 선언하는 것과 같다. 여기서 반영된 데이터베이스의 데이터이기 때문에 이전에 자동으로 flush를 수행한다.

영속성 컨텍스트가 엔티티를 관리하면 얻게 되는 장점

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

엔티티 조회

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

em.persist(member);

영속성 컨텍스트는 내부에 캐시를 가지고 있는데 이를 1차 캐시라 부르며 트랜잭션 단위의 굉장히 짧은 라이프 사이클을 가진 공간이다.
영속 상태 엔티티는 모두 1차 캐시에 저장된다. 즉, 엔티티들은 영속성 컨텍스트 내부에 있는 1차 캐시에 먼저 저장된다.
1차 캐시는 Map 구조로 이루어져 있으며 키는 식별자, 값은 엔티티이다. 1차 캐시의 키는 데이터베이스 기본 키와 매핑되어 있다.

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

첫 번째 파라미터 : 엔티티 클래스의 타입
두 번째 파라미터 : 조회할 엔티티의 식별자 값

em.find()를 호출하면 먼저 1차 캐시에서 엔티티를 찾고 없으면 데이터베이스에서 조회한다.

1차 캐시에서 엔티티 조회

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

em.persist(member);
Member member = em.find(Member.class, "member1");

em.find()를 호출하면 먼저 1차 캐시에서 엔티티를 찾고 없으면 데이터베이스에서 조회한다.

데이터베이스에서 조회

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

em.persist(member);
Member member = em.find(Member.class, "member2"); // 여기가 2로 바뀜

1차 캐시에 특정 식별자를 가진 엔티티가 존재하지 않으므로 DB를 조회한다.
DB에서 조회한 데이터로 특정 식별자를 가진 엔티티를 생성해서 1차 캐시에 저장한다. (영속 상태로 만든다.)
조회한 엔티티를 반환한다.

❓ 1차 캐시는 왜 만들어졌을까

DB와 connection 하는 과정은 비용이 많이 든다. 그렇기에 특정 엔티티를 다음에 다시 사용할 일이 있을 때 DB 연결을 하지 않고 빠르게 1차 캐시를 사용하여 성능상 이점을 누릴 수 있다.

영속성 엔티티 동일성 보장

Member a = em.find(Member.class, "member1");
Member b = em.find(Member.class, "member2");

System.out.println(a == b);

a == b의 결과는 참이다.
특정 식별자를 반복해서 호출해도 컬렉션과 같이, 엔티티를 반환한다.
영속성 컨텍스트는 1차 캐시를 이용한 성능상 이점과 같은 엔티티를 반환함으로써 엔티티의 동일성을 보장

✅ 참고

동일성 : 실제 인스턴스가 같다. 따라서 참조 값을 비교하는 == 비교의 값이 같다.   
동등성 : 실제 인스턴스는 다를 수 있지만 인스턴스가 가지고 있는 값이 같다. equals()

JPA는 1차 캐시를 통해 반복 가능한 읽기 등급의 트랜잭션 격리 수준을 데이터베이스가 아닌 애플리케이션 차원에서 제공한다는 장점이 있다.

엔티티 등록

EntityManagerFactory emf = Persistence.createEntityManagerFactory("jpabook");
EntityManager em = emf.createEntityManager();

EntityTransaction transaction = em.getTransaction();
transaction.begin();

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

// 아직 DB에 SQL을 보내지 않는 상태 -> 영속성 컨텍스트에 저장된 상태  
// em.flush(); // DB에 쿼리 보내기 

transaction.commit();
// 커밋 하느 순간 INSER SQL을 DB에 보낸다.

엔티티 매니저는 트랜잭션을 커밋 하기 직전까지 데이터베이스에 엔티티를 저장하지 않는다.
대신, 영속성 컨텍스트 내에 있는 1차 캐시에 엔티티를, 쓰기 지연 SQL 저장소에 SQL을 모아둔다.
- 쓰기 지연 : 트랜잭션 커밋 할 때 모아둔 쿼리를 데이터베이스에 보내는 것

트랜잭션을 커밋 하면 엔티티 매니저는 영속성 컨텍스트를 flush
- flush : 변경 내용을 데이터베이스에 동기화하는 작업, 쓰기 지연 SQL 저장소에 모인 쿼리를 데이터베이스에 보낸다.

영속성 컨텍스트의 변경 내용을 데이터베이스에 동기화한 후 실제 데이터베이스 트랜잭션을 커밋 한다.(트랜잭션 종료)

트랜잭션을 지원하는 쓰기 지연이 가능한 이유

begin(); // 트랜잭션 시작 

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

commit(); // 트랜잭션 커밋

데이터베이스와 커넥션을 하는 것은 물론, 데이터베이스와 통신을 하는 작업 또한 비용이 강하다. 너무 잦은 통신은 애플리케이션의 성능을 낮추는 결과를 초래한다.

쉽게 비유하자면, 자바에서도 데이터를 한 번에 읽고 보내는 버퍼의 개념이라 보면 된다.

또한, 유효성 비교에서 트랜잭션에 대한 개념을 알 필요가 있다. 트랜잭션이 종료되기 이전에 문제가 발생한다면 rollback 한다는 특성이 있다. 만약 A, B가 정상으로 들어갔지만 C에서 문제가 발생하면 변경된 데이터베이스 내용을 변경 전 상태로 되돌려야 하는 작업도 수행해야 한다.

엔티티 수정

SQL 수정 쿼리의 문제점

SQL을 사용하면 수정 쿼리를 직접 작성해야 하고 규모가 커질수록 관리해야 할 컬럼이 많아진다.

NAME과 AGE를 수정하는 쿼리

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

NAME과 AGE와 GRADE를 수정하는 쿼리

UPDATE MEMBER
SET
   NAME=?,
   AGE=?,
   GRADE=?
WHERE
   ID=?

위 SQL은 NAME 과 AGE를 수정하는 쿼리에서도 사용할 수 있으므로 관리를 해야 한다는 문제점이 있다.
만약 관리하지 않을 경우 특정 컬럼을 누락하거나 잘못 입력하는 경우도 생긴다.
그렇기 때문에 사용하기 전에 쿼리가 어떤 식으로 작성되었는지 확인해야 한다.

즉, 수정 쿼리가 많아지는 것은 물론이고 비즈니스 로직을 분석하기 위해 SQL을 계속 확인해야 한다. 결국 개발자는 직접적이든 간접적이든 비즈니스 로직이 SQL에 의존하게 된다.

변경 감지 (더티 체크)

EntityManagerFactory emf = Persistence.createEntityManagerFactory("jpabook");
EntityManager em = emf.createEntityManager();
EntityTransaction transaction = em.getTransaction();
transaction.begin();

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

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

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

transaction.commit(); // 커밋

JPA로 엔티티를 수정할 때는 단순히 엔티티를 조회해서 데이터만 변경하면 된다.
즉, em.update()라는 메서드도 존재하지도 않고 사용하지도 않는다.
그리고 이렇게 엔티티의 변경사항을 데이터베이스에 자동으로 반영하는 것을 변경 감지(더티 체크)라고 부른다.

그렇다면 왜 이와 같은 기능이 작동할 수 있는 것일까?

JPA는 엔티티를 영속성 컨텍스트에 보관할 때, 최초 상태(스냅샷)를 복사해서 저장해둔다.
그리고 플러시 시점에 스냅샷과 엔티티를 비교해서 변경된 엔티티를 찾는다.

트랜잭션을 커밋 하면 엔티티 매니저 내부에서 먼저 플러시가 호출된다.
엔티티와 스냅샷을 비교해서 변경된 엔티티를 찾는다.
변경된 엔티티가 있으면 수정 쿼리를 생성해서 쓰기 지연 SQL 저장소에 보낸다.
쓰기 지연 저장소의 SQL을 데이터베이스에 보낸다.
데이터베이스 트랜잭션을 커밋 한다.

단, 변경 감지는 영속성 컨텍스트가 관리하는 영속 상태의 엔티티에만 적용된다.

즉, 비영속, 준영속처럼 영속성 컨텍스트의 관리를 받지 못하는 엔티티는 값을 변경해도 데이터베이스에 반영되지 않는다.

JPA의 변경 감지를 이용한 쿼리

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

JPA의 기본 전략은 엔티티의 모든 필드를 업데이트한다.
모든 필드를 사용하면 데이터베이스에 보내는 데이터 전송량이 증가하는 단점이 있지만, 아래와 같은 장점으로 모든 필드를 업데이트한다.
- 모든 필드를 사용하면 수정 쿼리가 항상 같다.
- 따라서, 애플리케이션 로딩 시점에 수정 쿼리를 미리 생성해두고 재사용할 수 있다.
- 데이터베이스에 동일한 쿼리를 보내면 데이터베이스는 이전에 한 번 파싱 된 쿼리를 재사용할 수 있다.

그리고 만약 필드가 무수히 많거나 저장되는 내용이 크면 수정된 데이터만 사용해서 동적으로 UPDATE SQL을 생성하는 전략을 선택하면 된다. 단, 이때는 아래 코드와 같이 Hiberanate 확장 기능을 사용해야 한다.

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

@org.hibernate.annotations.DynamicUpdate를 사용하면 동적으로 UPDATE SQL을 생성한다.
참고로 @org.hibernate.annotations.DynamicInsert를 이용하여 null 값이 아닌 데이터를 동적으로 생성하는 경우도 있다.

엔티티 삭제

Member memberA = em.find(Member.class, "memberA");
em.remove(memberA);

엔티티를 삭제하려면 먼저, 삭제 대상 엔티티를 조회해야 한다.
em.remove(삭제 대상 엔티티)와 같은 형식으로 엔티티를 삭제할 수 있다.
- 정확히 말하면, 이 기능도 쓰기 지연 SQL 저장소에 삭제 쿼리를 만들어 놓는 것이다.
- 이후 transaction.commit()이나 em.flush()가 이루어지면 삭제 쿼리가 DB에 반영된다.
이렇게 삭제된 데이터는 재사용하지 말고 가비지 컬렉션의 대상이 되도록 두는 것이 좋다.

플러시

플러시는 영속성 컨텍스트의 변경 내용을 데이터베이스에 반영한다.

변경 감지가 동작해서 영속성 컨텍스트에 있는 모든 엔티티를 스냅샷과 비교해서 수정된 엔티티를 찾는다. 수정된 엔티티는 수정 쿼리를 만들어 쓰기 지연 SQL 저장소에 등록한다.
쓰기 지연 SQL 저장소의 쿼리를 데이터베이스에 전송한다. (등록, 수정, 삭제 쿼리)

영속성 컨텍스트를 플러시 하는 방법

em.flush()를 직접 호출한다.
트랜잭션 커밋 시 플러시가 자동 호출된다.
JPQL 쿼리 실행 시 플러시가 자동 호출된다.

참고로 em.find() 메서드를 호출할 때는 플러시가 실행되지 않으므로 미리 처리해 주자

플러시 모드 옵션

엔티티 매니저에 플러시 모드를 직접 정하려면 javax.persistence.FlushModeType을 사용하면 된다.

FlushModeType.AUTO : 커밋이나 쿼리를 실행할 때 플러시 (기본 값)
FlushModeType.COMMIT : 커밋 할 때만 플러시

em.setFlushMode(FlushModeType.COMMIT)

참고로, 플러시라는 이름으로 인해 영속성 컨텍스트에 보관된 엔티티를 지운다고 생각하면 안 된다. 플러시는 영속성 컨텍스트의 변경 내용을 데이터베이스에 동기화하는 것이다. 그리고 데이터베이스와 동기화를 최대한 늦추는 것이 가능한 이유는 트랜잭션이라는 작업 단위가 있기 때문이다. 트랜잭션 커밋 직전에만 변경 내용을 데이터베이스에 보내 동기화하면 된다.

준영속

영속성 컨텍스트가 관리하는 영속 상태의 엔티티가 영속성 컨텍스트에서 분리된 상태

준영속 상태의 엔티티는 영속성 컨텍스트에서 분리된 상태이기에 영속성 컨텍스트가 제공하는 기능을 사용할 수 없다. 가장 대표적인 예로 변경 감지(더티 체크)의 대상이 되지 않아 수정이 이루어지지 않는다.

이러한 준영속 상태를 만드는 방법(영속 -> 준영속)은 크게 3가지이다.

em.detach(entity) : 특정 엔티티만 준영속 상태로 전환한다.
em.clear() : 영속성 컨텍스트를 완전히 초기화한다.
em.close() : 영속성 컨텍스트를 종료한다.

detach()

em.detach(entity)는 특정 엔티티를 준영속으로 만든다.

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
    
        // EntityManager는 애플리케이션 로딩 시점에 딱 한 번 만 생성해야 한다.
        EntityManagerFactory emf = Persistence.createEntityManagerFactory("hello");

        // 트랜잭션 단위, 일괄적인 단위 작업을 할 때마다 EntityManagerFactory에서 생성하고 소명한다.
        EntityManager em = emf.createEntityManager();

        // 트랜잭션 불러오기 및 시작
        EntityTransaction tx = em.getTransaction();
        tx.begin();
        try {

            Member member = em.find(Member.class, 200L);
            member.setName("ZZZZ");

            em.detach(member);

            tx.commit();
        } catch (Exception e) {
            tx.rollback();
        } finally {
            em.close();
        }

        emf.close();
    }
    
}

준영속 상태가 된다면, 1차 캐시부터 쓰기 지연 SQL 저장소까지 해당 엔티티를 관리하기 위한 모든 정보가 제거된다.

clear()

em.clear()는 영속성 컨텍스트 자체를 초기화한다. 즉, 영속성 컨텍스트에 존재하는 모든 엔티티를 준영속 상태로 만든다. 앞서 말한 대로, 모든 엔티티들이 변경 감지(더티 체킹)의 대상이 되지 않는다.

close()

em.close()는 영속성 컨텍스트 자체를 아예 종료시키는 것이며 영속성 컨텍스트에 존재했던 모든 엔티티를 준영속 상태로 만든다.

참고로, 영속 상태의 엔티티는 주로 영속성 컨테스트가 종료되면서 준영속 상태가 된다.
개발자가 직접 엔티티를 준영속 상태로 만드는 일이 드물기 때문이다.

준영속 상태의 특징

거의 비영속 상태에 가깝다.
식별자 값을 가지고 있다.
지연 로딩을 할 수 없다.

병합

❓ 준영속 상태의 엔티티를 어떻게 다시 영속 상태로 만들 수 있을까

Member member = em.find(Member.class, 200L);
em.detach(member);
     
Member mergeMember = em.merge(member);

merge() 메서드는 준영속 상태의 엔티티를 받아서 그 정보로 새로운 영속 상태의 엔티티를 받환한다.

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

홍정완

습관이 전부다.

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JPA

영속성 관리

EntityMangerFactory

생성 방법

EntityManger

생성 방법

영속성 컨텍스트란

엔티티 생명주기

엔티티 4가지 상태

비영속

영속

준영속

삭제

영속성 컨텍스트 특징

영속성 컨텍스트와 식별자 값

영속성 컨텍스트와 데이터베이스 저장

영속성 컨텍스트가 엔티티를 관리하면 얻게 되는 장점

엔티티 조회

1차 캐시에서 엔티티 조회

데이터베이스에서 조회

❓ 1차 캐시는 왜 만들어졌을까

영속성 엔티티 동일성 보장

✅ 참고

엔티티 등록

트랜잭션을 지원하는 쓰기 지연이 가능한 이유

엔티티 수정

SQL 수정 쿼리의 문제점

NAME과 AGE를 수정하는 쿼리

NAME과 AGE와 GRADE를 수정하는 쿼리

변경 감지 (더티 체크)

JPA의 변경 감지를 이용한 쿼리

엔티티 삭제

플러시

영속성 컨텍스트를 플러시 하는 방법

플러시 모드 옵션

준영속

detach()

clear()

close()

준영속 상태의 특징

병합

❓ 준영속 상태의 엔티티를 어떻게 다시 영속 상태로 만들 수 있을까

[JPA 기본] JPA란 👨‍💻

[JPA 기본] 엔티티 매핑 👨‍💻

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