Transaction이란?

내가 코딩을 막 시작했을 때 정리해 두었던 기억이 있다. 단어의 뜻 정도는 잘 정리 되어있는 것 같다.

트랜잭션 ACID

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

원자성

트랜잭션 내에서 실행한 작업들은 마치 하나의 작업인 것처럼 모두 성공 하거나 모두 실패해야 한다.

일관성

모든 트랜잭션은 일관성 있는 데이터베이스 상태를 유지해야 한다. 예를 들어 데이터베이스에서 정한 무결성 제약 조건을 항상 만족해야 한다.

격리성

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.

지속성

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)

수준이 아래로 갈 수록 높은 격리 수준이고 수준이 높을 수록 더 느리다. 따라서 일반적으로 READ COMMITTED 혹은 REPEATABLE READ를 주로 사용한다.

DB 연결 구조와 DB 세션

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 "세션" 이 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 10개 만들어진다.

데이터 정합성

데이터가 커밋 이전의 값이 보이게 하고 싶다면 위의 트랜잭션 격리 수준을 가장 낮추면 된다. 하지만 이는 커밋되지 않은 값들도 모두 보이기 때문에 데이터 정합성에 어긋나서 실무에선 안 쓰인다.

자동 커밋, 수동 커밋

기본 값은 자동 커밋이다.

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

각 줄 마다 자동으로 커밋이 실행되기 때문에 내가 따로 커밋 해줄 필요가 없다.

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

보통 자동 커밋 모드가 기본으로 설정된 경우가 많기 때문에, 수동 커밋 모드로 설정하는 것을 트랜잭션을 시작한다고 표현할 수 있다.
수동 커밋 설정을 하면 이후에 꼭 commit , rollback 을 호출해야 한다.
참고로 수동 커밋 모드나 자동 커밋 모드는 한번 설정하면 해당 세션에서는 계속 유지된다. 중간에 변경하는 것은 가능하다.

원자성

트랜잭션 내에서 실행한 작업들은 마치 하나의 작업인 것처럼 모두 성공 하거나 모두 실패해야 한다. => 트랜잭션의 원자성 덕분에 여러 SQL 명령어를 마치 하나의 작업인 것 처럼 처리할 수 있었다. 성공하면 한번에 반영하고, 중간에 실패해도 마치 하나의 작업을 되돌리는 것 처럼 간단히 되돌릴 수 있다.

트랜잭션 시작

따라서 이런 종류의 작업은 꼭 수동 커밋 모드를 사용해서 수동으로 커밋, 롤백 할 수 있도록 해야 한다. 보통 이렇게 자동 커밋 모드에서 수동 커밋 모드로 전환 하는 것을 트랜잭션을 시작한다고 표현한다.

DB Lock

SET LOCK_TIMEOUT 60000;
set autocommit false;
update member set money=1000 where member_id = 'memberA';

세션1이 트랜잭션을 시작하고 데이터를 수정하는 동안 아직 커밋을 수행하지 않았는데, 세션2에서 동시에 같은 데이터를 수정하게 되면 여러가지 문제가 발생한다. 바로 트랜잭션의 원자성이 깨지는 것이다. 여기에 더해서 세션1이 중간에 롤백을 하게 되면 세션2는 잘못된 데이터를 수정하는 문제가 발생한다.

이런 문제를 방지하려면, 세션이 트랜잭션을 시작하고 데이터를 수정하는 동안에는 커밋이나 롤백 전까지 다른 세션에서 해당 데이터를 수정할 수 없게 막아야 한다.

참고로 세션2가 락을 무한정 대기하는 것은 아니다. 락 대기 시간을 넘어가면 락 타임아웃 오류가 발생한다. 락 대기 시간은 설정할 수 있다.

조회

데이터베이스마다 다르지만, 보통 데이터를 조회할 때는 락을 획득하지 않고 바로 데이터를 조회할 수 있다.

데이터를 조회할 때도 락을 획득하고 싶을 때가 있다. 이럴 때는 select for update 구문을 사용하면 된다.

set autocommit false;
select * from member where member_id='memberA' for update;

이렇게 하면 세션1이 조회 시점에 락을 가져가버리기 때문에 다른 세션에서 해당 데이터를 변경할 수 없다.
물론 이 경우도 트랜잭션을 커밋하면 락을 반납한다.

조회 시점에 락이 필요한 경우는 언제일까?

트랜잭션 종료 시점까지 해당 데이터를 다른 곳에서 변경하지 못하도록 강제로 막아야 할 때 사용한다.
예를 들어서 애플리케이션 로직에서 memberA 의 금액을 조회한 다음에 이 금액 정보로 애플리케이션에서 어떤 계산을 수행한다.
그런데 이 계산이 돈과 관련된 매우 중요한 계산이어서 계산을 완료할 때 까지 memberA 의 금액을 다른곳에서 변경하면 안된다. 이럴 때 조회 시점에 락을 획득하면 된다.

다만, 트랜잭션과 락은 데이터베이스마다 실제 동작하는 방식이 조금씩 다르기 때문에, 해당 데이터베이스 메뉴얼을 확인해보고, 의도한대로 동작하는지 테스트한 이후에 사용하자.

적용

Service.java

@RequiredArgsConstructor
public class MemberServiceV1 {
    private final MemberRepositoryV1 memberRepositoryV1;
    public void accountTransfer(String fromId, String toId, int money) throws SQLException {
        Member fromMember = memberRepositoryV1.findById(fromId);
        Member toMember = memberRepositoryV1.findById(toId);
        memberRepositoryV1.update(fromId, fromMember.getMoney() - money);
        validation(toMember);
        memberRepositoryV1.update(toId, toMember.getMoney() + money);
    }

    private static void validation(Member toMember) {
        if (toMember.getMemberId().equals("ex")) {
            throw new IllegalStateException("이체중 예외 발생");
        }
    }
}

Respository.java

@Slf4j
public class MemberRepositoryV1 {
    private final DataSource dataSource;
    public MemberRepositoryV1(DataSource dataSource) {
        this.dataSource = dataSource;
    }
    public Member save(Member member) throws SQLException {
        String sql = "insert into member(member_id, money) values(?, ?)";
        Connection con = null;
        PreparedStatement pstmt = null;
        try {
            con = getConnection();
            pstmt = con.prepareStatement(sql);
            pstmt.setString(1, member.getMemberId());
            pstmt.setInt(2, member.getMoney());
            pstmt.executeUpdate();
            return member;
        } catch (SQLException e) {
            log.error("db error", e);
            throw e;
        } finally {
            close(con, pstmt, null);
        }
    }
    public Member findById(String memberId) throws SQLException {
        String sql = "select * from member where member_id = ?";
        Connection con = null;
        PreparedStatement pstmt = null;
        ResultSet rs = null;
        try {
            con = getConnection();
            pstmt = con.prepareStatement(sql);
            pstmt.setString(1, memberId);
            rs = pstmt.executeQuery();
            if (rs.next()) {
                Member member = new Member();
                member.setMemberId(rs.getString("member_id"));
                member.setMoney(rs.getInt("money"));
                return member;
            } else {
                throw new NoSuchElementException("member not found memberId=" + memberId);
            }
        } catch (SQLException e) {
            log.error("db error", e);
            throw e;
        } finally {
            close(con, pstmt, rs);
        }
    }

    public void update(String memberId, int money) throws SQLException {
        String sql = "update member set money=? where member_id=?";
        Connection con = null;
        PreparedStatement pstmt = null;
        try {
            con = getConnection();
            pstmt = con.prepareStatement(sql);
            pstmt.setInt(1, money);
            pstmt.setString(2, memberId);
            int resultSize = pstmt.executeUpdate();
            log.info("resultSize={}", resultSize);
        } catch (SQLException e) {
            log.error("db error", e);
            throw e;
        } finally {
            close(con, pstmt, null);
        }
    }

    public void delete(String memberId) throws SQLException {
        String sql = "delete from member where member_id=?";
        Connection con = null;
        PreparedStatement pstmt = null;
        try {
            con = getConnection();
            pstmt = con.prepareStatement(sql);
            pstmt.setString(1, memberId);
            pstmt.executeUpdate();
        } catch (SQLException e) {
            log.error("db error", e);
            throw e;
        } finally {
            close(con, pstmt, null);
        }
    }
    private void close(Connection con, Statement stmt, ResultSet rs) {
        JdbcUtils.closeResultSet(rs);
        JdbcUtils.closeStatement(stmt);
        JdbcUtils.closeConnection(con);
    }
    private Connection getConnection() throws SQLException {
        Connection con = dataSource.getConnection();
        log.info("get connection={}, class={}", con, con.getClass());
        return con;
    }
}

test code

class MemberServiceV1Test {

    public static final String MEMBER_A = "memberA";
    public static final String MEMBER_B = "memberB";
    public static final String MEMBER_EX = "memberEX";

    private MemberRepositoryV1 memberRepository;
    private MemberServiceV1 memberService;

    @BeforeEach
    void before() {
        DriverManagerDataSource dataSource = new DriverManagerDataSource(URL, USERNAME, PASSWORD);
        memberRepository = new MemberRepositoryV1(dataSource);
        memberService = new MemberServiceV1(memberRepository);
    }

    @AfterEach
    void after() throws SQLException {
        memberRepository.delete(MEMBER_A);
        memberRepository.delete(MEMBER_B);
        memberRepository.delete(MEMBER_EX);
    }

    @Test
    @DisplayName("정상 이체")
    void accountTransfer() throws SQLException {
        //given
        Member memberA = new Member(MEMBER_A, 10000);
        Member memberB = new Member(MEMBER_B, 10000);
        memberRepository.save(memberA);
        memberRepository.save(memberB);
        //when
        memberService.accountTransfer(memberA.getMemberId(),
                memberB.getMemberId(), 2000);
        //then
        Member findMemberA = memberRepository.findById(memberA.getMemberId());
        Member findMemberB = memberRepository.findById(memberB.getMemberId());
        assertThat(findMemberA.getMoney()).isEqualTo(8000);
        assertThat(findMemberB.getMoney()).isEqualTo(12000);
    }

    @Test
    @DisplayName("이체중 예외 발생")
    void accountTransferEx() throws SQLException {
        //given
        Member memberA = new Member(MEMBER_A, 10000);
        Member memberEx = new Member(MEMBER_EX, 10000);
        memberRepository.save(memberA);
        memberRepository.save(memberEx);

        //when
        assertThatThrownBy(() -> memberService
                .accountTransfer(memberA.getMemberId(), memberEx.getMemberId(), 2000))
                .isInstanceOf(IllegalStateException.class);

        //then
        Member findMemberA = memberRepository.findById(memberA.getMemberId());
        Member findMemberEx = memberRepository.findById(memberEx.getMemberId());
        //memberA의 돈만 2000원 줄었고, ex의 돈은 10000원 그대로이다.
        assertThat(findMemberA.getMoney()).isEqualTo(8000);
        assertThat(findMemberEx.getMoney()).isEqualTo(10000);
    }
}

이와 같은 서비스, 레포, 테스트 코드가 있다고 가정할 때, 문제는 예외가 발생했을 때 돈이 빠져나가고 그 뒤에 MemberB는 돈이 안 들어오기 때문에 Member A의 돈만 나가는 상황이다. 이를 앞서 말한 트랜잭션을 이용해 원자화 특성을 이용하여 해결할 수 있는데 문제는 트랜잭션을 어디서 부터 어디까지를 묶어야 하는 것일까?

트랜잭션은 비즈니스 로직이 있는 서비스 계층에서 시작해야 한다. 비즈니스 로직이 잘못되면 해당 비즈니스 로직으로 인해 문제가 되는 부분을 함께 롤백해야 하기 때문이다.
그런데 트랜잭션을 시작하려면 커넥션이 필요하다. 결국 서비스 계층에서 커넥션을 만들고, 트랜잭션 커밋 이후에 커넥션을 종료해야 한다.

애플리케이션에서 DB 트랜잭션을 사용하려면 트랜잭션을 사용하는 동안 같은 커넥션을 유지해야한다.

그래야 같은 세션을 사용할 수 있다.

커넥션과 세션

애플리케이션에서 같은 커넥션을 유지하려면 어떻게 해야할까?
-> 가장 단순한 방법은 커넥션을 파라미터로 전달해서 같은 커넥션이 사용되도록 유지하는 것이다.

@Slf4j
public class MemberRepositoryV2 {
    private final DataSource dataSource;
    public MemberRepositoryV2(DataSource dataSource) {
        this.dataSource = dataSource;
    }
    
    ...

    public Member findById(Connection con, String memberId) throws SQLException
    {
        String sql = "select * from member where member_id = ?";
        PreparedStatement pstmt = null;
        ResultSet rs = null;
        try {
            pstmt = con.prepareStatement(sql);
            pstmt.setString(1, memberId);
            rs = pstmt.executeQuery();
            if (rs.next()) {
                Member member = new Member();
                member.setMemberId(rs.getString("member_id"));
                member.setMoney(rs.getInt("money"));
                return member;
            } else {
                throw new NoSuchElementException("member not found memberId=" +
                        memberId);
            }
        } catch (SQLException e) {
            log.error("db error", e);
            throw e;
        } finally {
            //connection은 여기서 닫지 않는다.
            JdbcUtils.closeResultSet(rs);
            JdbcUtils.closeStatement(pstmt);
        }
    }

    ...

    public void update(Connection con, String memberId, int money) throws
            SQLException {
        String sql = "update member set money=? where member_id=?";
        PreparedStatement pstmt = null;
        try {
            pstmt = con.prepareStatement(sql);
            pstmt.setInt(1, money);
            pstmt.setString(2, memberId);
            pstmt.executeUpdate();
        } catch (SQLException e) {
            log.error("db error", e);
            throw e;
        } finally {
            //connection은 여기서 닫지 않는다.
            JdbcUtils.closeStatement(pstmt);
        }
    }
    
    ...
}

주의사항은 1. 메서드 안에서 새로 getConnection()을 하지 않는다. 2. JdbcUtils.closeConnection() 으로 커텍션을 끊지 않는다. 이 두가지이다.

그리고 이 코드를 서비스 단에서 사용한다면 아래 코드와 같다.

@Slf4j
@RequiredArgsConstructor
public class MemberServiceV2 {
    private final DataSource dataSource;
    private final MemberRepositoryV2 memberRepository;
    public void accountTransfer(String fromId, String toId, int money) throws
            SQLException {
        Connection con = dataSource.getConnection();
        try {
            // auto commit 옵션을 false 로 만듦으로서 트랜잭션 시작
            con.setAutoCommit(false);
            //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);
        }
    }
    private void bizLogic(Connection con, String fromId, String toId, int money)
            throws SQLException {
        Member fromMember = memberRepository.findById(con, fromId);
        Member toMember = memberRepository.findById(con, toId);
        memberRepository.update(con, fromId, fromMember.getMoney() - money);
        validation(toMember);
        memberRepository.update(con, toId, toMember.getMoney() + money);
    }
    private void validation(Member toMember) {
        if (toMember.getMemberId().equals("ex")) {
            throw new IllegalStateException("이체중 예외 발생");
        }
    }
    private void release(Connection con) {
        if (con != null) {
            try {
                // 기본값이 오토 커밋이기 때문에 기본값으로 변경 후 커넥션 풀로 반환
                con.setAutoCommit(true);
                con.close();
            } catch (Exception e) {
                log.info("error", e);
            }
        }
    }
}

이로서 오토 커밋을 해제하여 코드로써 트랜잭션을 구현하였다.
또한 각각의 sql이 수행되는 Repository에 con을 넘겨줘서 커넥션을 유지시켜줬다.

• 메소드에서 변수 순서를 변경하고 싶을 때 단축키 cmd + F6

• 또 참고로 bizLogic을 따로 뺀 이유는 역할을 나누기 위해 트랜잭션을 관리하는 로직과 실제 비즈니스 로직을 분리하였다.

class MemberServiceV2Test {

    private MemberRepositoryV2 memberRepository;
    private MemberServiceV2 memberService;

    @BeforeEach
    void before() {
        DriverManagerDataSource dataSource = new DriverManagerDataSource(URL, USERNAME, PASSWORD);
        memberRepository = new MemberRepositoryV2(dataSource);
        memberService = new MemberServiceV2(dataSource, memberRepository);
    }

    @AfterEach
    void after() throws SQLException {
        memberRepository.delete("memberA");
        memberRepository.delete("memberB");
        memberRepository.delete("ex");
    }

    ...
}

이렇게 커넥션을 닫지 않고 연결하여 트랜잭션을 구현하였다.

문제는 변수만 다른 메서드가 무수히 생긴다는 것이고 또 하나는 비즈니스 로직 못지 않게 트랜잭션을 유지하는 코드가 길다는 것이다.
스프링을 역시 답을 내놨다. 다음 포스팅에서 알아보자.