트랜잭션 개념 이해

데이터를 저장할 때 단순히 파일에 해도 되는데 굳이 DB에 하는 이유는 뭘까. 여러 이유가 있겠지만 대표적인 이유는 DB가 트랜잭션을 지원한다는 점이다.

말그래도 거래라는 뜻이며, 이것을 쉽게 풀어서 이야기하자면 이 거래를 안전하게 처리하도록 보장해주는 것을 뜻한다. 그런데 하나의 거래를 안전하게 끝마치기 위해서는 많은 것들을 고려해야 한다.

A와 B가 있다고 했을때, A가 B에게 5000원을 계좌이체 한다고 가정해보자.

• A의 잔고는 5000원 감소해야겠고,
• B의 잔고는 5000원 증가해야한다.

이 두가지의 작업이 합쳐져 하나의 동작처럼 작동해야할 것이다.
중간에 문제가 생겨 A만 작동하고 B는 작동을 못한다면, B의 잔고 증가는 없이 A의 잔고만 감소하게 되므로 동작 전의 상태로 돌려야 할 것이다(Rollback). 중간에 문제가 없이 이체가 잘 되었다면 DB에 정상적으로 반영할 수 있다(Commit).

트랜잭션 ACID

트랜잭션은 ACID를 보장해야한다.

• Atomicity

  • 트랜잭션 내 모든 작업은 모두 하나의 작업인 것처럼 동작
  • 모두 실패하거나 모두 성공

• Consistency

  • 모든 트랜잭션은 일관성 있는 DB를 유지
  • 데이터베이스에서 정한 무결성 제약 조건을 만족해야 함.

• Isolation

  • 동시에 실행되는 트랜잭션들은 서로 영향을 미치면 안된다.
  • 동시에 같은 데이터를 수정하지 못한다.
  • 트랜잭션 격리 수준을 선택할 수 있다.

• Durability

  • 트랜잭션이 성공하면 그 결과가 항상 기록 되어야 한다.

데이터 베이스 연결 구조 & DB 세션

• 사용자는 WAS나 DB 접근 툴로 DB 서버에 접근할 수 있따. 클라이언트는 DB 서버에 연결을 요청하고 커넥션을 맺게 된다. 이때 DB 서버 내부에 세션이라는 것을 만드는데 해당 커넥션을 통한 모든 요청은 이 세션을 통해 실행하게 된다.

• 개발자가 클라이언트를 통해 SQL을 전달하면 커넥션에 연결된 세션이 SQL을 실행한다.

• 세션은 트랜잭션을 시작, 커밋이나 롤백을 통해 트랜잭션을 종료한다.

• 사용자가 커넥션을 닫거나 DBA가 세션을 강제종료 하면 세션은 종료된다.

• 커넥션 풀이 10개의 커넥션을 생성하면 세션도 10개가 만들어진다.

트랜잭션 사용법

• 데이터 변경 쿼리를 실행하고 그 결과를 반영하려면 commit, 결과를 반영하고 싶지 않으면 rollback 명령어를 호출하면 된다.

• 커밋을 호출하기전까지는 데이터는 임시로 저장된다. 따라서 해당 트랜잭션을 시작한 세션에만 노출되고 다른 세션에게는 변경 데이터가 보이지 않는다.

• CUD 모두 같은 원리로 동작한다. 이를 변경이라고 칭한다.
  

세션 1, 2 모두 가운데 있는 기본 테이블을 조회하면 해당 데이터가 그대로 조회된다.

세션1이 새로운 트랜잭션 시작, 신규 회원 1,2를 추가하고 아직 커밋을 하지 않은 상태라면 추가된 데이터는 세션1에 임시 저장되게 되고, 세션2에서는 아직 신규회원1,2를 조회할 수 없다.

커밋을 하지 않았기 때문인데, 이렇게 하는 이유는 데이터 정합성에 큰 문제가 생기기 때문이다.
ex ) 세션2 에서 신규 회원1의 데이터를 변경 중이었을 때, 세션1이 롤백을 하게 된다면 데이터가 사라질 수 있다.

이처럼 다른 세션에서 현재 세션이 커밋하지 않은 데이터가 보인다면, 심각한 문제가 발생할 수 있게 된다. 따라서 커밋 전의 데이터는 다른 세션에서 보이지 않는다.

세션1에서 커밋이 완료되면 그제서야 다른 세션에서도 세션1에서 작업한 데이터 내용을 볼 수 있게 된다.

트랜잭션 - 자동커밋, 수동커밋

트랜잭션 사용을 위해 자동 커밋과 수동 커밋에 대해 이해하여야 한다.
자동 커밋으로 설정이 되있을 땐, 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 자동커밋을 끄고 수동커밋을 사용 해야한다.

set autocommit false; //수동 커밋 모드 설정

수동 커밋 모드로 설정하는 것을 트랜잭션을 시작한다고 표현할 수 있다. 보통 자동 커밋설정이 많으므로,
수동 커밋 설정 이후엔 꼭 commit, rollback을 호출해야 한다. 참고로 수동 커밋모드나 자동 커밋모드는 한번 설정하면 세션에서는 계속 유지가 된다. 중간에 변경하는 것은 가능.

DB 락 - 개념 이해

세션1이 트랜잭션을 시작하고 데이터를 수정하는 동안에 아직 커밋을 수행하기 전에 세션2가 동시에 같은 데이터를 수정하게 되면 여러가지 문제가 발생한다. -> 트랜잭션의 원자성이 깨짐

여기에 더하여 세션1이 중간에 롤백을 하게 되면 세션2는 잘못된 데이터를 수정하게되는 문제가 발생

이런 경우를 방지하기 위해서 세션이 트랜잭션을 시작하고 데이터를 수정하는 동안에는 커밋이나 롤백 전까지 다른 세션에서 해당 데이터를 수정할 수 없게 막는 것이 필요하다.

• 세션1은 memberA의 금액을 500원으로 세션2는 memberB의 금액을 1000원으로 변경하고 싶을 때,

• DB는 이런 문제를 해결하기 위해 Lock이라는 개념을 제공

1. 세션1은 트랜잭션을 시작

2. 세션1은 memberA 의 money 를 500으로 변경을 시도한다. 이때 해당 로우의 락을 먼저 획득해야 한다. 락이 남아 있으므로 세션1은 락을 획득한다. (세션1이 세션2보다 조금 더 빨리 요청했다.)

3. 세션1은 락을 획득했으므로 해당 로우에 update sql을 수행한다.
   

4. 세션2는 트랜잭션을 시작

5. 세션2도 memberA 의 money 데이터를 변경하려고 시도한다. 이때 해당 로우의 락을 먼저 획득해야 한다. 락이 없으므로 락이 돌아올 때 까지 대기한다.
   참고로 세션2가 락을 무한정 대기하는 것은 아님. 락 대기 시간을 넘어가면 락 타임아웃 오류가 발생. 락 대기 시간은 설정 가능.

6. 세션1 커밋 수행 -> 커밋을 트랜잭션이 종료되었으므로 락도 반납

7. 락을 획득하기 위해 대기하고 있던 세션2가 락을 획득 -> update sql 수행

8. 세션2는 커밋을 수행하고 트랜잭션이 종료되었으므로 락 반납

set lock_timeout 60000;

• 락 획득 시간을 60초로 설정한다. 60초 안에 락을 얻지 못하면 예외 발생

 Timeout trying to lock table {0}; SQL statement:
 update member set money=10000 - 2000 where member_id = 'memberA' [50200-200]
 HYT00/50200

• 세션1이 memberA의 데이터를 변경하고, 트랜잭션을 아직 커밋하지 않았다. 따라서 세션2는 세션1이 트랜잭션을 커밋하거나 롤백할 때 까지 대기하게 되는데, 기다리다 시간이 오버하면 오류가 발생하는 것을 확인할 수 있다.

DB 락 - 조회

• 일반적인 조회는 락 사용 X
• 다만, 데이터 조회때도 락을 획득하고 싶을 때가 있는데, 그땐 select for update 구문을 사용
• 이렇게 하면 조회 시점에 락을 가져가버리기 때문에 다른 세션에서 조회가 불가능 하다. (물론 트랜잭션을 커밋하면 락을 반납)

• 사용경우는 트랜잭션 종료 시점까지 해당 데이터를 다른 곳에서 변경하지 못하도록 강제로 막아야 할 때 사용하게 된다. 예를 들어 앱 로직에서 memberA금액을 조회한 뒤 이 금액 정보로 어떤 계산을 수행할 때, 이 계산이 돈과 관련된 매우 중요한 계산이라면 금액을 다른 곳에서 변경할 수 없게끔 해야한다.

트랜잭션 적용

단순한 계좌이체 로직을 구현해보자. 다만 트랜잭션이 없는 계좌이체 서비스는 넘어가도록 한다.

트랜잭션을 구현하지 않은 상태에서 오류가 나면 아까 기술한대로, 치명적인 오류를 낳을 수 있다. a가 b에게 이체를 했는데 a금액만 차감되고 b의 금액은 증가되지 않는 등.

이런 경우, 어플리케이션에서 트랜잭션을 어떤 계층에 걸어야 할까?
트랜잭션을 어디서 시작하고, 어디서 커밋해야 할까 ?

• 당연히 트랜잭션의 시작점은 비지니스 로직이 있는 서비스 계층이다.
  • 비지니스 로직이 잘못 되었을 때, 문제가 된 부분을 함께 롤백해야 하기 때문에
• 트랜잭션을 시작하려면 커넥션이 필요, 결국 서비스 계층에서 커넥션을 만들고, 트랜잭션 커밋 이후에 커넥션 종료.
• 어플리케이션에서 DB 트랜잭션을 사용하려면 트랜잭션을 사용하는 동안 같은 커넥션을 유지해야한다. 그래야 세션이 같게 유지가 된다.

그럼 어떻게 같은 커넥션을 유지시킬 수 있을까?

가장 단순한 방법으로는 커넥션을 파라미터로 전달하여 같은 커넥션이 사용되도록 유지하는 것이다.

MemberRepositoryV2

package hello.jdbc.repository;

import hello.jdbc.domain.Member;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.springframework.jdbc.support.JdbcUtils;

import javax.sql.DataSource;
import java.sql.*;
import java.util.NoSuchElementException;

/**
 * JDBC - Connection을 파라미터로  넘기는 예제  ConnectionParam
 */

@Slf4j
public class MemberRepositoryV2 {

    private final DataSource dataSource;

    public MemberRepositoryV2(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);

            //파라미터 바인딩 (?,?) 하지 않으면 sql Injection 공격 위험 ! !
            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 {
            //con.close(); // 외부 리소스를 쓰고 있는 것인데, 안 닫으면 계속 유지가 되면서 떠 다닌다 -> 연결이 안 끊어진다.
            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()) { // 한번은 호출을 해주어야 한다. 있는지 없는지도 체킹
                Member member = new Member();
                member.setMemberId(rs.getString("member_id"));
                member.setMoney(rs.getInt("money"));
                return member;
            } else {
                throw new NoSuchElementException("member not found member Id =" + memberId);
                // error 메세지를 잘 정의해주는 것이 좋다. key 값을 넣어주어 어느 곳에서 터지는지 확인하기 위해
            }

        } catch(SQLException e){
            log.error("db error", e);
            throw e;
        } finally {
            //con.close(); // 외부 리소스를 쓰고 있는 것인데, 안 닫으면 계속 유지가 되면서 떠 다닌다 -> 연결이 안 끊어진다.
            close(con, pstmt, rs);
        }
    }

    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()) { // 한번은 호출을 해주어야 한다. 있는지 없는지도 체킹
                Member member = new Member();
                member.setMemberId(rs.getString("member_id"));
                member.setMoney(rs.getInt("money"));
                return member;
            } else {
                throw new NoSuchElementException("member not found member Id =" + memberId);
                // error 메세지를 잘 정의해주는 것이 좋다. key 값을 넣어주어 어느 곳에서 터지는지 확인하기 위해
            }

        } catch(SQLException e){
            log.error("db error", e);
            throw e;
        } finally {
            // connection은 여기서 닫지 않는다.
            JdbcUtils.closeResultSet(rs);
            JdbcUtils.closeStatement(pstmt);
            //JdbcUtils.closeConnection(con);
            // 이 커넥션을 닫으면 안된다 why ? : 커넥션을 닫는 건 서비스에서 종료해야한다.
        }
    }

    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 {
            //con.close(); // 외부 리소스를 쓰고 있는 것인데, 안 닫으면 계속 유지가 되면서 떠 다닌다 -> 연결이 안 끊어진다.
            close(con, pstmt, null);
        }
    }

    //update도 커넥션을 서비스에서 넘기도록 ! !
    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);
            int resultSize = pstmt.executeUpdate();
            log.info("resultSize={}", resultSize);
        } catch(SQLException e){
            log.error("db error", e);
            throw e;
        } finally {
            //connection은 여기서 닫지 않는다.
            JdbcUtils.closeStatement(pstmt);
            //JdbcUtils.closeConnection(con);
        }
    }

    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 {
            //con.close(); // 외부 리소스를 쓰고 있는 것인데, 안 닫으면 계속 유지가 되면서 떠 다닌다 -> 연결이 안 끊어진다.
            close(con, pstmt, null);
        }
    }

    private void close(Connection con, Statement stmt, ResultSet rs) throws SQLException {
        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;
    }
}

• findById(Connection con, String memberId)
update(Connection con, String memberId, int money)

• 커넥션 유지가 필요한 두 메서드는 파라미터로 넘어온 커넥션을 사용해야 한다. 따라서 con = getConnection() 코드가 있으면 안된다.

• 두 메서드는 리포지토리에서 커넥션을 닫으면 안된다. 리포지토리 이후에도 커넥션을 이어서 사용하기 때문(트랜잭션 사용을 위해) 때문에 이후 서비스 로직이 끝날 때 트랜잭션을 종료하고 닫아야 한다.

그럼 이제 가장 중요한 트랜잭션 연동 로직을 작성해보자

MeberServiceV2

package hello.jdbc.service;

import hello.jdbc.domain.Member;
import hello.jdbc.repository.MemberRepositoryV2;
import lombok.RequiredArgsConstructor;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;

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

/*
 * 트랜잭션 - 파라미터 연동, 풀을 고려한 종료
* */
@RequiredArgsConstructor
@Slf4j
public class MemberServiceV2 {
    private final DataSource dataSource;
    private final MemberRepositoryV2 memberRepositoryV2;

    public void accountTransfer(String fromId, String toId, int money) throws SQLException {

        // 트랜잭션 시작 ( 트랜잭션을 시작하려면 커넥션이 필요하다)
        Connection con = dataSource.getConnection();
        try{
            con.setAutoCommit(false); // 트랜잭션 시작
            // 트랜잭션을 사용하는 동안 같은 커넥션을 유지해야 한다.
            bizLogic(con, fromId, toId, money);

            //성공시 커밋
            con.commit();

        } 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 {
        // 비즈니스 로직 시작
        Member fromMember = memberRepositoryV2.findById(con, fromId);
        Member toMember = memberRepositoryV2.findById(con, toId);

        memberRepositoryV2.update(con, fromId, fromMember.getMoney() - money);
        validation(toMember);
        memberRepositoryV2.update(con, toId, toMember.getMoney() + money);
        // 커밋, 롤백
    }

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

    private static void release(Connection con) {
        if ( con != null) {
            try{
                con.setAutoCommit(true); // 바꿔주고 풀에 돌려줘야함, 커넥션 풀 고려
                con.close();
            } catch (Exception e) {
                log.info("error", e);
            }
        }
    }
}

MemberServiceV2Test

package hello.jdbc.service;

import hello.jdbc.connection.ConnectionConst;
import hello.jdbc.domain.Member;
import hello.jdbc.repository.MemberRepositoryV2;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.junit.jupiter.api.AfterEach;
import org.junit.jupiter.api.BeforeEach;
import org.junit.jupiter.api.DisplayName;
import org.junit.jupiter.api.Test;
import org.springframework.jdbc.datasource.DriverManagerDataSource;

import java.sql.SQLException;

import static org.assertj.core.api.Assertions.assertThat;
import static org.assertj.core.api.Assertions.assertThatThrownBy;

/**
 * 트랜잭션 - 커넥션 파라미터 전달 방식 동기화
 */

@Slf4j
class MemberServiceV2Test {
    public static final String MEMBER_A = "memberA";
    public static final String MEMBER_B = "memberB";
    public static final String MEMBER_EX = "ex";

    private MemberRepositoryV2 memberRepository;
    private MemberServiceV2 memberService;

    @BeforeEach
    void before() {
        DriverManagerDataSource dataSource = new DriverManagerDataSource(ConnectionConst.URL, ConnectionConst.USERNAME, ConnectionConst.PASSWORD);
        memberRepository = new MemberRepositoryV2(dataSource);
        memberService = new MemberServiceV2(dataSource, 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
        log.info("START TX");
        memberService.accountTransfer(memberA.getMemberId(), memberB.getMemberId(), 2000);
        log.info("START TX");


        //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("이체 중 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());

        assertThat(findMemberA.getMoney()).isEqualTo(10000);
        assertThat(findMemberEx.getMoney()).isEqualTo(10000);
    }
}

트랜잭션 덕분에 계좌이체가 실패할 때 롤백 수행, 모든 데이터를 정상적으로 초기화 할 수 있음.
결과적으로 계좌이체를 수행하기 직전으로 돌아가게 된다.

근데 서비스 계층이 매우 지저분해진다. 생각보다 매우 복잡한 코드를 요구한다.
추가로 커넥션을 유지하도록 코드를 변경하는 일이란 쉬운 일이 아니다.
다음엔 스프링을 사용하여 이런 문제들을 하나씩 해결해보도록 하자.