Spring 트랜잭션 매니저

강정우·2024년 1월 12일
Spring
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애플리케이션 구조

여러가지 애플리케이션 구조가 있지만, 가장 단순하면서 많이 사용하는 방법은 역할에 따라 3가지 계층으로 나누는 것 이다.

  • 프레젠테이션 계층

    • UI와 관련된 처리 담당
    • 웹 요청과 응답
    • 사용자 요청을 검증
    • 주 사용 기술: 서블릿과 HTTP 같은 웹 기술, 스프링 MVC

  • 서비스 계층

    • 비즈니스 로직을 담당
    • 주 사용 기술: 가급적 특정 기술에 의존하지 않고, 순수 자바 코드로 작성

  • 데이터 접근 계층

    • 실제 데이터베이스에 접근하는 코드
    • 주 사용 기술: JDBC, JPA, File, Redis, Mongo ...

갑자기 이 얘기를 왜 하나 싶지만 앞서 역할과 구현을 분담하기 위해 (왜? -> 그래야 DB든, 라이브러리든, 비즈니스 로직이든 변경 시에 수정 소요가 최소화 되기 때문이다.) 반드시 필요한 부분이다.

아래 코드를 봐보자.

import java.sql.SQLException;

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

MemberServiceV1 은 특정 기술에 종속적이지 않고, 순수한 비즈니스 로직만 존재한다. 따라서 향후 비즈니스 로직의 변경이 필요하면 이 부분을 변경하면 된다.

하지만 SQLException 이라는 JDBC 기술에 의존한다는 문제가 있다.
이 부분은 memberRepository 에서 올라오는 예외이기 때문에 memberRepository 에서 해결해야 한다. 그런데 MemberRepositoryV1 이라는 구체 클래스에 직접 의존하고 있다.
하지만 MemberRepository 인터페이스를 도입하면 향후 MemberService 의 코드의 변경 없이 다른 구현 기술로 손쉽게 변경할 수 있다.

자, 이 문제를 적용하여 아래 코드를 봐보자.

import javax.sql.DataSource;
import java.sql.Connection;
import java.sql.SQLException;

@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 {
			con.setAutoCommit(false); //트랜잭션 시작
			//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);
		memberRepository.update(con, toId, toMember.getMoney() + money);
	}
}

트랜잭션은 비즈니스 로직이 있는 서비스 계층에서 시작하는 것이 좋다.
그런데 문제는 트랜잭션을 사용하기 위해서 javax.sql.DataSource , java.sql.Connection , java.sql.SQLException 같은 JDBC 기술에 의존해야 한다는 점이다.
트랜잭션을 사용하기 위해 JDBC 기술에 의존한다. 결과적으로 비즈니스 로직보다 JDBC를 사용해서 트랜잭션을 처리하는 코드가 더 많다.
향후 JDBC에서 JPA 같은 다른 기술로 바꾸어 사용하게 되면 서비스 코드도 모두 함께 변경해야 한다. (JPA는 트랜잭션을 사용하는 코드가 JDBC와 다르다.)
핵심 비즈니스 로직과 JDBC 기술이 섞여 있어서 유지보수 하기 어렵다.

문제정리

  1. 트랜잭션 문제
  2. 예외 누수 문제
  3. JDBC 반복 문제

이 세가지 문제를 천천히 해결해보자.

트랜잭션 추상화

서비스는 특정 트랜잭션 기술에 직접 의존하는 것이 아니라, TxManager 라는 추상화된 인터페이스에 의존한다.
이제 원하는 구현체를 DI를 통해서 주입하면 된다.
클라이언트인 서비스는 인터페이스에 의존하고 DI를 사용한 덕분에 OCP 원칙을 지키게 되었다.

스프링은 데이터 접근 기술에 따른 트랜잭션 구현체도 대부분 만들어두어서 가져다 사용하기만 하면 된다.

PlatformTransactionManager 인터페이스

package org.springframework.transaction;

public interface PlatformTransactionManager extends TransactionManager {
	TransactionStatus getTransaction(@Nullable TransactionDefinition definition) throws TransactionException;
	void commit(TransactionStatus status) throws TransactionException;
	void rollback(TransactionStatus status) throws TransactionException;
}
  1. getTransaction() : 트랜잭션을 시작한다. 참고로 이름이 getTransaction() 인 이유는 기존에 이미 진행중인 트랜잭션이 있는 경우 해당 트랜잭션에 참여 할 수 있기 때문이다.
  2. commit() : 트랜잭션을 커밋한다.
  3. rollback() : 트랜잭션을 롤백한다.

트랜잭션 동기화

스프링이 제공하는 트랜잭션 매니저는 크게 2가지 역할을 한다.
1. 트랜잭션 추상화
2. 리소스 동기화

리소스 동기화

트랜잭션을 유지하려면 트랜잭션의 시작부터 끝까지 같은 데이터베이스 커넥션을 유지해아한다. 결국 같은 커넥션을 동기화(맞추어 사용)하기 위해서 이전에는 파라미터로 커넥션을 전달하는 방법을 사용했다.
파라미터로 커넥션을 전달하는 방법은 코드가 지저분해지는 것은 물론이고, 커넥션을 넘기는 메서드와 넘기지 않는 메서드를 중복해서 만들어야 하는 등 여러가지 단점들이 많다.

그래서 스프링에서는 트랜잭션 동기화 매니저를 제공한다. 이것은 쓰레드 로컬( ThreadLocal )을 사용해서 커넥션을 동기화해준다.
트랜잭션 매니저는 내부에서 이 트랜잭션 동기화 매니저를 사용한다.
트랜잭션 동기화 매니저는 쓰레드 로컬을 사용하기 때문에 멀티쓰레드 상황에 안전하게 커넥션을 동기화 할 수 있다. 따라서 커넥션이 필요하면 트랜잭션 동기화 매니저를 통해 커넥션을 획득하면 된다. 따라서 이전처럼 파라미터로 커넥션을 전달하지 않아도 된다.

다음 트랜잭션 동기화 매니저 클래스를 열어보면 쓰레드 로컬을 사용하는 것을 확인할 수 있다.
org.springframework.transaction.support.TransactionSynchronizationManager

트랜잭션 매니저 동작과정

  1. 트랜잭션을 시작하려면 커넥션이 필요하다. 트랜잭션 매니저는 데이터소스를 통해 커넥션을 만들고 트랜잭션을 시작한다.
  2. 트랜잭션 매니저는 트랜잭션이 시작된 커넥션을 트랜잭션 동기화 매니저에 보관한다.
  3. 리포지토리는 트랜잭션 동기화 매니저에 보관된 커넥션을 꺼내서 사용한다. 따라서 파라미터로 커넥션을 전달하지 않아도 된다.
  4. 트랜잭션이 종료되면 트랜잭션 매니저는 트랜잭션 동기화 매니저에 보관된 커넥션을 통해 트랜잭션을 종료하고, 커넥션도 닫는다.

참고
쓰레드 로컬을 사용하면 각각의 쓰레드마다 별도의 저장소가 부여된다. 따라서 해당 쓰레드만 해당 데이터에 접근 할 수 있다.

@Slf4j
public class MemberRepositoryV3 {
    private final DataSource dataSource;
    public MemberRepositoryV3(DataSource dataSource) {
        this.dataSource = dataSource;
    }
	
    ...

    private void close(Connection con, Statement stmt, ResultSet rs) {
        JdbcUtils.closeResultSet(rs);
        JdbcUtils.closeStatement(stmt);
        DataSourceUtils.releaseConnection(con, dataSource);
    }
    
    private Connection getConnection() throws SQLException {
        Connection con = DataSourceUtils.getConnection(dataSource);
        log.info("get connection={}, class={}", con, con.getClass());
        return con;
    }
}

여기서 중요한 변경점은 이제는 DataSourceUtils를 import하여 사용한다는 것이다.

DataSourceUtils.getConnection()

DataSourceUtils.getConnection() 의 동작과정
트랜잭션 동기화 매니저가 관리하는 커넥션이 있으면 해당 커넥션을 반환한다.
트랜잭션 동기화 매니저가 관리하는 커넥션이 없는 경우(서비스에서 트랜잭션 없이 걍 sql 날리는 경우) 새로운 커넥션을 생성해서 반환한다.

DataSourceUtils.releaseConnection()

close() 에서 DataSourceUtils.releaseConnection() 를 사용하도록 변경된 부분을 특히 주의해야한다.
커넥션을 con.close() 를 사용해서 직접 닫아버리면 커넥션이 유지되지 않는 문제가 발생한다.
이 커넥션은 이후 로직은 물론이고, 트랜잭션을 종료(커밋, 롤백)할 때 까지 살아있어야 한다.
DataSourceUtils.releaseConnection() 을 사용하면 커넥션을 바로 닫는 것이 아니다.
트랜잭션을 사용하기 위해 동기화된 커넥션은 커넥션을 닫지 않고 그대로 유지해준다.
트랜잭션 동기화 매니저가 관리하는 커넥션이 없는 경우 해당 커넥션을 닫는다.

그럼 이제 이 레포지토리 코드를 갖고 서비스 코드를 작성하면

@Slf4j
@RequiredArgsConstructor
public class MemberServiceV3_1 {
    private final PlatformTransactionManager transactionManager;
    // private final PlatformTransactionManager transactionManager = new JpaTransactionManager();
    private final MemberRepositoryV3 memberRepository;
    public void accountTransfer(String fromId, String toId, int money) throws SQLException {
        TransactionStatus status = transactionManager.getTransaction(new DefaultTransactionDefinition());
        try {
            //비즈니스 로직
            bizLogic(fromId, toId, money);
            transactionManager.commit(status);
        } catch (Exception e) {
            transactionManager.rollback(status);
            throw new IllegalStateException(e);
        }
    }
    private void bizLogic(String fromId, String toId, int money) throws SQLException {
        Member fromMember = memberRepository.findById(fromId);
        Member toMember = memberRepository.findById(toId);
        memberRepository.update(fromId, fromMember.getMoney() - money);
        validation(toMember);
        memberRepository.update(toId, toMember.getMoney() + money);
    }
    private void validation(Member toMember) {
        if (toMember.getMemberId().equals("ex")) {
            throw new IllegalStateException("이체중 예외 발생");
        }
    }
}

트랜잭션 매니저를 주입 받는다. 지금은 JDBC 기술을 사용하기 때문에 DataSourceTransactionManager 구현체를 주입 받아야 한다.
물론 JPA 같은 기술로 변경되면 JpaTransactionManager 를 주입 받으면 된다.

TransactionStatus: 현재 트랜잭션의 상태 정보가 포함되어 있다. 이후 트랜잭션을 커밋, 롤백할 때 필요하다.

new DefaultTransactionDefinition(): 트랜잭션과 관련된 옵션을 지정할 수 있다.

더이상 con을 안 넘겨줘도 된다. 또한 getConnection이 아닌 getTransaction으로 트랜잭션 매니져로부터 커넥션을 가져온다.

test code

class MemberServiceV3_1Test {

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

    private MemberRepositoryV3 memberRepository;
    private MemberServiceV3_1 memberService;

    @BeforeEach
    void before() {
        DriverManagerDataSource dataSource = new DriverManagerDataSource(URL, USERNAME, PASSWORD);
        PlatformTransactionManager transactionManager = new DataSourceTransactionManager(dataSource);
        memberRepository = new MemberRepositoryV3(dataSource);
        memberService = new MemberServiceV3_1(transactionManager, 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 돈이 롤백 되어야함
        assertThat(findMemberA.getMoney()).isEqualTo(10000);
        assertThat(findMemberEx.getMoney()).isEqualTo(10000);
    }
}

new DataSourceTransactionManager(dataSource)
JDBC 기술을 사용하므로, JDBC용 트랜잭션 매니저( DataSourceTransactionManager )를 선택해
서 서비스에 주입한다.
트랜잭션 매니저는 데이터소스를 통해 커넥션을 생성하므로 DataSource 가 필요하다.

트랜잭션 매니저 동작과정

1. 트랜잭션 시작

클라이언트의 요청으로 서비스 로직을 실행한다.
1. 서비스 계층에서 transactionManager.getTransaction() 을 호출해서 트랜잭션을 시작한다.
2. 트랜잭션을 시작하려면 먼저 데이터베이스 커넥션이 필요하다. 트랜잭션 매니저는 내부에서 데이터소스를 사용해서 커넥션을 생성한다.
3. 커넥션을 수동 커밋 모드로 변경해서 실제 데이터베이스 트랜잭션을 시작한다.
4. 커넥션을 트랜잭션 동기화 매니저에 보관한다.
5. 트랜잭션 동기화 매니저는 쓰레드 로컬에 커넥션을 보관한다. 따라서 멀티 쓰레드 환경에 안전하게 커넥션을 보관할 수 있다.

2. 로직 실행


6. 서비스는 비즈니스 로직을 실행하면서 리포지토리의 메서드들을 호출한다. 이때 커넥션을 파라미터로 전달하지 않는다.
7. 리포지토리 메서드들은 트랜잭션이 시작된 커넥션이 필요하다. 리포지토리는 DataSourceUtils.getConnection() 을 사용해서 트랜잭션 동기화 매니저에 보관된 커넥션을 꺼내서 사용한다. 이 과정을 통해서 자연스럽게 같은 커넥션을 사용하고, 트랜잭션도 유지된다.
8. 획득한 커넥션을 사용해서 SQL을 데이터베이스에 전달해서 실행한다.

3. 트랜잭션 종료


9. 비즈니스 로직이 끝나고 트랜잭션을 종료한다. 트랜잭션은 커밋하거나 롤백하면 종료된다.
10. 트랜잭션을 종료하려면 동기화된 커넥션이 필요하다. 트랜잭션 동기화 매니저를 통해 동기화된 커넥션을 획득한다.
11. 획득한 커넥션을 통해 데이터베이스에 트랜잭션을 커밋하거나 롤백한다.
12. 전체 리소스를 정리한다.
이때, 트랜잭션 동기화 매니저를 정리한다. 쓰레드 로컬은 사용후 꼭 정리해야 한다.
con.setAutoCommit(true) 로 되돌린다. 커넥션 풀을 고려해야 한다.
con.close() 를 호출해셔 커넥션을 종료한다. 커넥션 풀을 사용하는 경우 con.close() 를 호출하면 커넥션 풀에 반환된다.

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