[JPA-Basic][3] 영속성 관리 - 내부 동작 방식

kiteB·2021년 10월 10일
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[ 영속성 컨텍스트 ]

⭐ JPA에서 가장 중요한 두 가지!

  • 객체와 RDB 매핑하기 (ORM) → 설계와 관련된 부분
  • 영속성 컨텍스트 → 실제 JPA가 내부적으로 어떻게 동작하는지와 관련된 부분

1. 엔티티 매니저 팩토리와 엔티티 매니저

JPA를 사용하기 위해서는 엔티티 매니저 팩토리와 엔티티 매니저에 대해서 알아야 한다.

  • 엔티티 매니저
    • 엔티티를 저장/수정/삭제/조회하는 등 엔티티와 관련된 모든 일을 처리한다.
    • 이름 그대로 엔티티를 관리하는 관리자
    • 엔티티를 저장하는 가상의 데이터베이스로 생각하면 된다.
  • 엔티티 매니저 팩토리
    • 데이터베이스를 하나만 사용하는 애플리케이션은 일반적으로 EntityManagerFactory를 하나만 생성한다.
    • 엔티티 매니저를 만드는 공장. 비용이 상당히 크다.
    • 엔티티 매니저 팩토리는 여러 스레드가 동시에 접근해도 안전하므로 서로 다른 스레드 간에 공유가 가능하지만, 엔티티 매니저는 여러 스레드가 동시에 접근하면 동시성 문제가 발생하므로 스레드 간 절대로 공유 금지!

생성

//공장 만들기
EntityManagerFactory emf = Persistence.createEntityManagerFactory("jpabook");

//공장에서 엔티티 매니저 생성
EntityManager em = emf.createEntityManager();

웹 애플리케이션이 실행될 때 EntityMangerFactory가 같이 생성되고,
클라이언트의 요청이 올 때마다 EntityManage를 생성하여 커넥션 풀을 사용해서 DB에 접근한다.


2. 영속성 컨텍스트

  • JPA를 이해하는데 가장 중요한 용어로 굳이 번역하면, "엔티티를 영구 저장하는 환경"이라는 뜻이다.
  • EntityManager.persist(entity);
    • 영속성 컨텍스트에 엔티티를 저장한다는 말
  • 영속성 컨텍스트는 논리적인 개념으로, 눈에 보이지 않는다.
  • 엔티티 매니저를 통해서 영속성 컨텍스트에 접근한다.

3. 엔티티의 생명 주기

  • 비영속(new/transient): 영속성 컨텍스트와 전혀 관계 없는 새로운 상태
  • 영속(managed): 영속성 컨텍스트에 관리되는 상태
  • 준영속(detached): 영속성 컨텍스트에 저장되었다가 분리된 상태
  • 삭제(removed): 삭제된 상태

1) 비영속

영속성 컨텍스트나 데이터베이스와는 전혀 관련이 없다.

//객체를 생성한 상태 (비영속)
Member member = new Member();
member.setId("member1");
member.setUsername("회원1");
  • JPA에 관계없이 그냥 객체 생성, 초기화만 된 상태

2) 영속

엔티티 매니저를 통해서 엔티티를 영속성 컨텍스트에 저장하는 것과 같이 영속성 컨텍스트가 관리하는 엔티티를 영속 상태라고 한다.

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

EntityManager em = emf.createEntityManager();
em.getTransaction().begin();

//객체를 저장한 상태 (영속)
em.persist(member);
  • 엔티티 매니저를 통해 영속성 컨텍스트에 접근한다.
  • 영속 상태가 된다고 해서 바로 DB에 쿼리가 날라가는 것은 ❌ → 이후에 커밋해야 저장된다.

3) 준영속

영속성 컨텍스트가 관리하던 영속 상태의 엔티티를 영속성 컨텍스트가 관리하지 않으면 준영속 상태가 된다.

//회원 엔티티를 영속성 컨텍스트에서 분리, 준영속 상태
em.detach(member);
  • 준영속은 영속성 컨텍스트에서 삭제하는 것
  • em.close()를 호출해서 영속성 컨텍스트를 닫거나, em.clear()를 호출해서 영속성 컨텍스트를 초기화해도 영속성 컨텍스트가 관리하던 영속 상태의 엔티티는 준영속 상태가 된다.

4) 삭제

//객체를 삭제한 상태 (삭제)
em.remove(member);
  • 삭제는 실제로 DB에서 해당 ROW를 삭제하는 것

4. 영속성 컨텍스트의 이점

  • 1차 캐시
  • 동일성(identity) 보장
  • 트랜잭션을 지원하는 쓰기 지연 (transactional write-behind)
  • 변경 감지 (Dirty Checking)
  • 지연 로딩 (Lazy Loading)

4-1. 엔티티 조회, 1차 캐시

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

//엔티티를 영속
em.persist(member);

member 객체를 생성하고 persist하면 영속성 컨텍스트 내부의 1차 캐시에 저장된다.
이 때 key-value로 저장되며, key는 member1, value는 member 객체가 담긴다.

1차 캐시에서 조회

영속성 컨텍스트는 내부에 캐시를 가지고 있는데, 이를 1차 캐시라고 한다. 영속 상태의 엔티티는 모두 이곳에 저장된다.

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

//1차 캐시에 저장됨
em.persist(member);

//1차 캐시에서 조회
Member findMember = em.find(Member.class, "member1");
  • JPA는 엔티티 조회할 때 1차 캐시부터 찾는다.
  • 1차 캐시에서 해당되는 키값을 가진 엔티티가 있다면, 1차 캐시에서 조회해온다.

데이터베이스에서 조회

Member findMember2 = em.find(Member.class, "member2");

1차 캐시에 없으면 DB에서 조회해서 엔티티(member2)를 생성하고 1차 캐시에 저장한 후에 영속 상태의 엔티티(member2)를 반환한다.


4-2. 영속 엔티티의 동일성 보장

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

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

1차 캐시로 반복 가능한 읽기(REPEATABLE READ) 등급의 트랜잭션 격리 수준을 데이터베이스가 아닌 애플리케이션 차원에서 제공

동일성(identity)
실제 인스턴스가 같다. 따라서 참조 값을 비교하는 == 비교의 값이 같다.

4-3. 엔티티 등록 - 트랜잭션을 지원하는 쓰기 지연

EntityManager em = emf.createEntityManager();
EntityTransaction transaction = em.getTransaction();
//엔티티 매니저는 데이터 변경시 트랜잭션을 시작해야 한다.
transaction.begin(); // [트랜잭션] 시작

em.persist(memberA);
em.persist(memberB);
//여기까지 INSERT SQL을 데이터베이스에 보내지 않는다.

//커밋하는 순간 데이터베이스에 INSERT SQL을 보낸다.
transaction.commit(); // [트랜잭션] 커밋
  • JPA는 커밋할 때 INSERT SQL을 보낸다.

em.persist(memberA);로 memberA를 1차 캐시에 넣는다.
1차 캐시에 저장됨과 동시에 JPA가 해당 엔티티를 분석해서 INSERT SQL 생성해서 쓰기 지연 SQL 저장소에 쌓아둔다.

em.persist(memberB);도 동일하게,
1차 캐시에 넣고 INSERT SQL 생성해서 쓰기 지연 SQL 저장소에 쌓아둔다.

transaction.commit();하는 시점에 쓰기 지연 SQL 저장소에 쌓인 SQL문들이 한꺼번에 날아간다. (flush)

❓ 왜 쓰기 지연을 사용하는 것일까?

버퍼링 기능으로 인해 쿼리를 여러 번 날리지 않고 최적화가 가능하기 때문이다!


4-4. 엔티티 수정 - 변경 감지

엔티티의 변경사항을 데이터베이스에 자동으로 반영하는 기능을 변경 감지(dirty checking)라고 한다.

EntityManager em = emf.createEntityManager();
EntityTransaction transaction = em.getTransaction();
transaction.begin(); // [트랜잭션] 시작

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

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

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

transaction.commit(); // [트랜잭션] 커밋

  1. transaction.commmit();을 하면 엔티티 매니저 내부에서 flush()가 실행된다.
  2. 엔티티와 스냇샷을 비교해서 변경된 데이터를 감지한다.
    • 스냅샷: 엔티티 값을 읽어 온 최초 시점의 엔티티 데이터)
  3. 변경 사항이 있다면 수정 쿼리를 생성해서 쓰기 지연 SQL 저장소 쌓아둔다.
  4. 쓰기 지연 SQL 저장소의 UPDATE SQL을 데이터베이스에 보낸다.
  5. 데이터베이스 트랜잭션을 커밋한다.

변경 감지는 영속성 컨텍스트가 관리하는 영속 상태의 엔티티에만 적용된다.
비영속, 준영속처럼 영속성 컨텍스트의 관리를 받지 못하는 엔티티는 값을 변경해도 데이터베이스에 반영되지 않는다.

4-5. 엔티티 삭제

//삭제 대상 엔티티 조회 
Member memberA = em.find(Member.class, “memberA");

em.remove(memberA); //엔티티 삭제
  • em.remove()에 삭제 대상 엔티티를 넘겨주면 엔티티를 삭제한다.
  • 이렇게 삭제된 엔티티는 재사용하지 말고 자연스럽게 가바지 컬렉션의 대상이 되도록 두는 것이 좋다.

영속성 컨텍스트의 특징

영속성 컨텍스트와 식별자 값

  • 영속성 컨텍스트는 엔티티를 식별자 값(@Id로 테이블의 기본 키와 매핑한 값)으로 구분한다. 따라서 영속 상태는 식별자 값이 반드시 있어야 한다.
  • 식별자 값이 없으면 예외가 발생한다.

영속성 컨텍스트와 데이터베이스 저장

JPA는 보통 트랜잭션을 커밋하는 순간 영속성 컨텍스트에 새로 저장된 엔티티를 데이터베이스에 반영하는데 이를 플러시라고 한다.

[ 플러시(Flush) ]

영속성 컨텍스트의 변경 내용을 데이터베이스에 반영하는 것

즉, 영속성 컨텍스트의 쿼리들을 데이터베이스에 날리는 것!

1. 플러시 발생

  1. 변경 감지가 발생하면 수정된 엔티티를 찾아낸다. 수정된 엔티티는 수정 쿼리를 만들어 쓰기 지연 SQL 저장소에 등록한다.
  2. 쓰기 지연 SQL 저장소의 쿼리를 데이터베이스에 전송(등록, 수정, 삭제 쿼리)한다.

2. 영속성 컨텍스트를 플러시하는 방법

em.flush()를 직접 호출한다.

  • 엔티티 매니저의 flush()를 직접 호출해서 영속성 컨텍스트를 강제로 플러시한다.
  • 테스트나 다른 프레임워크나 JPA를 함께 사용할 때를 제외하고 거의 사용하지 않는다.

트랜잭션 커밋 시 플러시가 자동 호출된다.

  • 데이터베이스에 변경 내용을 SQL로 전달하지 않고 트랜잭션만 커밋하면 어떤 데이터도 데이터베이스에 반영되지 않는다.
  • JPA는 이러한 문제를 예방하기 위해 트랜잭션을 커밋할 때 플러시를 자동으로 호출한다.

JPQL 쿼리 실행 시 플러시가 자동 호출된다.

JPQL 쿼리 실행 시 플러시가 자동으로 호출되는 이유는 ❓

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

//중간에 JPQL 실행
query = em.createQuery("select m from Member m", Member.class);
List<Member> members = query.getResultList();

JPA에서는 JPQL 쿼리를 수행하기 전에 flush를 실행해서 DB와 영속성 컨텍스트간에 동기화를 해준다.
→ 등록한 member들이 조회가 안되는 경우를 막는다!


3. 플러시 모드 옵션

엔티티 매니저에 플러시 모드를 직접 지정하려면 FlushModeType을 사용하면 된다.

em.setFlushMode(FlushModeType.COMMIT)
  • FlushModeType.AUTO: 커밋이나 쿼리를 실행할 때 플러시 (기본값)
  • FlushModeType.COMMIT: 커밋할 때만 플러시
    • 성능 최적화를 위해 사용할 수 있다.

📌 플러시(flush) 정리

  • 플러시는 영속성 컨텍스트를 비우는 것이 아닌, 영속성 컨텍스트의 변경 내용을 데이터베이스에 동기화하는 것이다!
  • 트랜잭션이라는 작업 단위가 중요 → 트랜잭션 커밋 직전에만 변경 내용을 데이터베이스에 보내서 동기화하면 된다.

[ 준영속 상태 ]

  • 영속 → 준영속
  • 영속 상태의 엔티티가 영속성 컨텍스트에서 분리 (detached)
  • 영속성 컨텍스트가 제공하는 기능을 사용하지 못한다!

준영속 상태로 만드는 방법

  1. em.detach(entity): 특정 엔티티만 준영속 상태로 전환
  2. em.clear(): 영속성 컨텍스트를 완전히 초기화
  3. em.close(): 영속성 컨텍스트를 종료

준영속 상태의 특징

거의 비영속 상태에 가깝다.

  • 영속성 컨텍스트가 관리하지 않으므로 1차 캐시, 쓰기 지연, 변경 감지, 지연 로딩을 포함한 영속성 컨텍스트가 제공하는 어떠한 기능도 동작하지 않는다.

식별자 값을 가지고 있다.

  • 비영속 상태는 식별자 값이 없을 수도 있지만 준영속 상태는 이미 한 번 영속 상태였으므로 반드시 식별자 값을 가지고 있다.

지연 로딩을 할 수 없다.

  • 지연 로딩(LAZY LOADING)은 실제 객체 대신 프록시 객체를 로딩해두고 해당 객체를 실제 사용할 때 영속성 컨텍스트를 통해 데이터를 불러오는 방법
  • 하지만 준영속 상태는 영속성 컨텍스트가 더는 관리하지 않으므로 지연 로딩 시 문제가 발생한다.
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