[JPA] 영속성 컨텍스트

olsohee·2023년 6월 14일
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1. 엔티티 생명 주기

비영속(new/transient)

영속성 컨텍스트와 전혀 관계가 없는 상태이다.

//객체를 생성한 상태 (비영속)
Member member = new Member();
member.setId("member1");
member.setUsername("회원1");

영속(managed)

영속성 컨텍스트에 저장된 상태, 즉 영속성 컨텍스트에 의해 관리되는 상태이다. 

//객체를 저장한 상태 (영속)
em.persist(member);

준영속(detached)

영속성 컨텍스트가 관리하던 영속 상태의 엔티티를 영속성 컨텍스트가 관리하지 않는 상태이다. 즉 1차 캐시에 저장되어 있는 상태를 영속 상태라 하고, 영속 상태의 엔티티가 영속성 컨텍스트에서 분리된 것을 준영속 상태라 한다. 따라서 준영속 상태의 엔티티는 영속성 컨텍스트가 제공하는 기능을 사용할 수 없다.

영속 상태의 엔티티를 준영속 상태로 만드는 방법은 다음과 같다.

  • em.detach(entity); : 특정 엔티티만 준영속 상태로 전환한다.

  • em.clear() : 영속성 컨텍스트를 초기화한다(비운다). 즉 영속성 컨텍스트의 모든 엔티티를 준영속 상태로 만든다.

  • em.close() : 영속성 컨텍스트를 종료한다. 즉 영속성 컨텍스트의 모든 엔티티가 준영속 상태가 되고, 영속성 컨텍스트가 종료된다. 

EntityManager em = emf.createEntityManager();
EntityTransaction transaction = em.getTransaction();

//데이터 변경은 트랜잭션 안에서 이뤄져야 한다.
transaction.begin();

try {
	//회원 엔티티 생성, 비영속 상태
	Member member = new Member();
    member.setId("memberA"); 
    member.setUsername("회원A");
    
    //영속 상태
    em.persist(member);
    
    //준영속 상태
    em.detach(member); 
    
    tx.commit(); //insert 쿼리가 나가지 않는다. 
} catch(Exception e) {
	tx.rollback();
} finally {
	em.close();
}

  • member 엔티티를 준영속 상태로 만들면, 1차 캐시와 쓰기 지연 SQL 저장소에서 해당 엔티티를 관리하기 위한 모든 정보가 제거된다.

  • 즉 쓰기 지연 SQL 저장소의 insert 쿼리문까지 제거되었기 때문에 member 데이터는 데이터베이스에 저장되지 않는다. 

EntityManager em = emf.createEntityManager();
EntityTransaction transaction = em.getTransaction();

transaction.begin();

try {
	Member member = em.find(Member.class, 100L);
    member.setName("hi"); //영속 상태
    
    em.clear(); //영속성 컨텍스트 초기화
    
    Member member2 = em.find(Member.class, 100L); //엔티티를 데이터베이스에서 1차 캐시로 가져온다.
    
    tx.commit(); //update 쿼리 X, select 쿼리 2번
} catch(Exception e) {
	tx.rollback();
} finally {
	em.close();
}

삭제(removed)

엔티티가 영속성 컨텍스트와 데이터베이스에서 삭제된 상태이다. 

//객체를 삭제한 상태 (삭제)
em.remover(member);

2. 영속성 컨텍스트의 특징

영속성 컨텍스트와 식별자 값

영속성 컨텍스트는 엔티티를 식별자 값으로 구분한다. 이때 식별자 값은 @Id로 테이블의 기본 키로 매핑한 값이다. 따라서 영속 상태의 엔티티는 식별자 값을 반드시 가져야 한다.

영속성 컨텍스트와 데이터베이스 저장

영속성 컨텍스트에 엔티티를 저장하면 이 엔티티는 언제 데이터베이스에 저장될까? JPA는 보통 트랜잭션을 커밋하는 순간 영속성 컨텍스트에 새로 저장된 엔티티를 데이터베이스에 반영한다. 이를 플러시라고 한다.

1차 캐시

영속성 컨텍스트는 내부에 1차 캐시를 가지고 있다. 그리고 영속 상태의 엔티티는 모두 이곳에 '@Id 로 매핑된 값(키)'과 '엔티티(값)' 형태로 저장된다.

데이터를 조회(em.find())하는 경우, 우선 1차 캐시에서 식별자 값으로 엔티티를 찾는다. 만약 엔티티가 있으면 데이터베이스를 조회하지 않고 1차 캐시에서 엔티티를 조회한다. 즉 이경우에는 데이터베이스에 select 쿼리가 나가지 않는다. 반면, 1차 캐시에 엔티티가 없으면 엔티티 매니저는 데이터베이스를 조회해서 엔티티를 1차 캐시에 저장한다. 그리고 1차 캐시에 저장된, 즉 영속 상태의 엔티티를 반환한다. 즉 이 경우에는 데이터베이스에 select 쿼리가 나간다. 

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

//1차 캐시에 저장
em.persist(member);

//1차 캐시에 있기 때문에 1차 캐시에서 데이터를 가져온다.
Member findMember = em.find(Member.class, "member1");

//1차 캐시에 없기 때문에 데이터를 db에서 가져오고 데이터를 1차 캐시에 저장해둔다. 
Member findMember2 = em.find(Member.class, "member2");

동일성 보장

영속성 컨텍스트는 성능상 이점과 엔티티의 동일성을 보장한다. 예를 들어 id값이 'member1'인 엔티티가 1차 캐시에 있는 경우, em.find(Member.class, "member1");을 반복해서 호출하면 영속성 컨텍스트는 1차 캐시에 있는 같은 엔티티 인스턴스를 반환한다. 즉 아래 예제의 경우 a == b의 값은 true이다. 

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

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

쓰기 지연

엔티티 매니저는 트랜잭션을 커밋하기 직전까지 데이터베이스에 엔티티를 저장하지 않고, 내부 쿼리 저장소에 쿼리문을 모아둔다. 그리고 트랜잭션을 커밋할 때 모아둔 쿼리를 데이터베이스에 보내는데, 이것을 '트랜잭션을 지원하는 쓰기 지연'이라 한다.

트랜잭션 커밋 시점에, 엔티티 매니저는 영속성 컨텍스트를 플러시한다. 즉 쓰기 지연 SQL 저장소에 모인 쿼리를 데이터베이스에 보내면서 등록, 수정, 삭제한 엔티티를 데이터베이스에 반영한다. 이렇게 영속성 컨텍스트의 변경 내용을 데이터베이스에 동기화한 후, 실제 데이터베이스 트랜잭션을 커밋한다.

EntityManager em = emf.createEntityManager();
EntityTransaction transaction = em.getTransaction();

//데이터 변경은 트랜잭션 안에서 이뤄져야 한다.
transaction.begin();

em.persist(memberA);
em.persist(memberB);
//여기까지 insert 쿼리가 데이터베이스에 보내지지 않는다.
//객체가 1차 캐시에 저장되고, insert 쿼리가 쓰기 지연 SQL 저장소에 저장된다. 

transaction.commit(); //커밋하는 시점에 insert 쿼리가 날라간다.

스냅샷을 통한 변경 감지(dirty checking)

EntityManager em = emf.createEntityManager();
EntityTransaction transaction = em.getTransaction();

//데이터 변경은 트랜잭션 안에서 이뤄져야 한다.
transaction.begin();

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

memberA.setUsername("hi");
memberA.setAge(10);

//em.update(member) 이런 코드가 없어도 된다.

transaction.commit();

위 예제에서 em.update() 같은 코드가 없어도 데이터베이스에 정상 반영된다. 그 이유는 무엇일까?

JPA는 엔티티를 영속성 컨텍스트에 보관할 때, 최초 상태를 복사해서 저장해둔다. 이를 스냅샷이라 한다. 그리고 플러시 시점에 1차 캐시의 엔티티와 스냅샷을 비교해서 변경된 엔티티를 찾는다.

위 그림에서 실행 흐름은 다음과 같다.

  1. 트랜잭션을 커밋하면, 엔티티 매니저 내부에서 플러시가 호출된다.

  2. 엔티티와 스냅샷을 비교해서 변경된 엔티티를 찾는다.

  3. 변경된 엔티티가 있으면 수정 쿼리를 생성해서 쓰기 지연 SQL 저장소에 저장해둔다.

  4. 쓰기 지연 저장소의 SQL을 데이터베이스에 보내서 변경 내용을 데이터베이스에 동기화한다.

  5. 데이터베이스 트랜잭션을 커밋한다.

주의할 점은 이러한 변경 감지는 영속성 컨텍스트가 관리하는 영속 상태의 엔티티에만 적용된다는 것이다.

동적으로 생성하는 update 쿼리 (@DynamicUpdate)

만약 이름, 나이, 등급 필드를 가진 회원 엔티티에서 이름과 나이만 수정하는 경우, 다음과 같은 쿼리문을 예상할 수 있다.

update member
set
	name=?,
    age=?
where
	id=?

그러나 JPA의 기본 전략은 다음과 같이 모든 필드를 업데이트한다. 

update member
set
	name=?,
    age=?,
    grade=?
where
	id=?

이렇게 모든 필드를 업데이트하면 다음과 같은 장점이 있다.

  • update 쿼리가 항상 같다(물론 바인딩되는 데이터는 다르다). 따라서 애플리케이션 로딩 시점에 수정 쿼리를 미리 생성해두고 재사용할 수 있다.

  • 데이터베이스에 동일한 쿼리를 보내면 데이터베이스는 이전에 한 번 파싱된 쿼리를 재사용할 수 있다.

만약 필드가 너무 많은 경우, 수정되는 데이터만 사용해서 동적으로 update 쿼리를 생성하는 전략을 선택하면 된다. @DynamicUpdate 어노테이션을 사용하면 수정된 데이터만 사용해서 동적으로 update 쿼리를 생성한다. (참고로 데이터 저장시, null이 아닌 데이터가 존재하는 필드만으로 insert 쿼리를 동적으로 생성하는 @DynamicInsert도 있다.)

3. 플러시

플러시는 영속성 컨텍스트의 변경 내용을 데이터베이스에 반영한다. 플러시를 실행하면 실행 흐름은 다음과 같다.

  1. 변경 감지가 동작해서, 영속성 컨텍스트에 있는 모든 엔티티를 스냅샷과 비교해서 수정된 엔티티를 찾는다.

  2. 수정된 엔티티는 수정 쿼리를 만들어 쓰기 지연 SQL 저장소에 등록한다.

  3. 쓰기 지연 SQL 저장소의 쿼리(등록, 수정, 삭제 쿼리)를 데이터베이스에 전송한다.

영속성 컨텍스트를 플러시하는 방법은 다음과 같다.

  • em.flush()를 직접 호출

  • 트랜잭션을 커밋하면 자동 호출된다.

  • JPQL 쿼리를 실행하면 자동 호출된다.

    JPQL 쿼리 실행시 플러시가 자동 호출되는 이유

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

//아직 데이터베이스에 멤버 데이터가 반영되지 않은 상태에서, JPQL 쿼리문을 통해 모든 멤버를 조회하면 원하는 결과가 나오지 않는다.
//따라서 JPQL 쿼리 실행시에는 플러시가 자동으로 호출되어 데이터베이스에 반영한 다음에 JPQL 쿼리가 실행된다.  
List<Member> members = em.createQuery("select m from Member m", Member.class).getResultList();

플러시는 영속성 컨텍스트를 비우는 것이 아니라, 변경내용을 데이터베이스에 동기화하는 것이다. 트랜잭션 커밋 직전에만 동기화 하면 된다.

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