💡 트랜잭션의 Isolation Level이란?

트랜잭션 격리 수준(Isolation Level)은 동시성 제어에서 매우 중요한 개념입니다. 이는 여러 트랜잭션이 동시에 실행될 때, 각 트랜잭션이 서로에게 미치는 영향을 얼마나 허용할지를 정의하는 기준입니다.

격리 수준에 따라 트랜잭션 간에 발생할 수 있는 데이터 일관성 문제를 다르게 처리합니다.

---

🚦 트랜잭션 격리 수준의 필요성

데이터베이스는 ACID 특성 중 하나인 Isolation(독립성)을 유지하여, 각 트랜잭션이 독립적으로 수행되도록 해야 합니다. 이를 위해 트랜잭션이 실행되는 동안 Locking을 통해 다른 트랜잭션이 해당 데이터에 접근하지 못하도록 막습니다.

✅ Locking의 역할

• 트랜잭션이 DB 데이터를 다루는 동안, 다른 트랜잭션이 해당 데이터에 접근하거나 수정하지 못하게 하여 데이터 일관성을 보장합니다.
• Locking이 없으면 트랜잭션이 동시에 실행되면서 데이터의 불일치나 손상이 발생할 수 있습니다.

---

🤔 그렇다면 무조건 Locking이 좋을까?

🚨 문제점: 성능 저하

무조건 Locking을 적용하면 성능이 떨어질 수 있습니다. 트랜잭션을 순차적으로 처리해야 하기 때문에 데이터베이스의 처리 속도가 크게 저하될 수 있습니다.

• Locking이 많을수록 처리 속도가 느려질 위험이 있습니다.
• 잘못된 Locking 방식은 성능 저하 뿐만 아니라, 데이터 처리의 병목 현상을 초래할 수 있습니다.

---

🔑 결론: 최대한 효율적인 Locking이 필요하다!

성능과 데이터 일관성을 동시에 유지하려면, 효율적인 Locking 방법을 사용해야 합니다.
Lock의 범위를 최소화하거나 상황에 맞는 격리 수준을 적절히 선택하여 최적화된 성능과 데이터 무결성을 모두 유지할 수 있습니다.

---

Isolation Level의 종류

1. Read Uncommitted (레벨 0)

Read Uncommitted는 가장 낮은 수준의 격리를 제공하는 Isolation Level입니다. 이 레벨에서는 트랜잭션이 아직 커밋되지 않은 데이터를 다른 트랜잭션이 읽을 수 있도록 허용합니다. 이를 "더티 리드(Dirty Read)"라고 합니다.

• Shared Lock이 걸리지 않음:
  • SELECT 문장이 실행될 때 Shared Lock이 걸리지 않으므로, 해당 데이터에 다른 트랜잭션도 접근할 수 있습니다.
  • 결과적으로 아직 Commit되지 않은, 즉 완료되지 않은 트랜잭션이 수정한 데이터를 다른 트랜잭션이 읽을 수 있습니다.

🔴 문제점:

• 더티 리드(Dirty Read)가 발생할 수 있습니다. 즉, 다른 트랜잭션이 완료되지 않은 데이터를 읽었는데, 이후 해당 트랜잭션이 롤백(Rollback)되면 데이터가 사라지거나 변경될 수 있습니다.
• 일관성 없는 데이터가 발생하여 데이터베이스의 신뢰성에 문제가 생길 수 있습니다.

결론: 데이터베이스의 일관성을 유지하기 어렵고, 신뢰성이 낮지만 성능 측면에서는 뛰어난 격리 수준입니다.

---

2. Read Committed (레벨 1)

Read Committed는 트랜잭션이 수행되는 동안 다른 트랜잭션이 해당 데이터에 접근하지 못하도록 Lock을 걸어주는 방식입니다. 이 레벨에서는 커밋된 데이터만 읽을 수 있기 때문에 더티 리드를 방지할 수 있습니다.

• Shared Lock이 걸림:
  • 트랜잭션이 데이터를 조회할 때, 해당 데이터에 Shared Lock을 걸어 다른 트랜잭션이 접근하지 못하게 합니다.
  • 트랜잭션이 커밋된 데이터만 읽을 수 있습니다.

🟢 장점:

• 더티 리드가 발생하지 않음. 즉, 커밋되지 않은 데이터를 읽지 않기 때문에 데이터의 일관성이 더 높아집니다.

🔴 단점:

• Non-repeatable Read가 발생할 수 있습니다. 트랜잭션 A가 데이터를 읽은 후, 트랜잭션 B가 그 데이터를 변경한 뒤에 트랜잭션 A가 다시 데이터를 읽으면, 처음과 다른 값이 나올 수 있습니다.

결론: 대부분의 SQL 서버에서 기본적으로 사용하는 격리 수준으로, 더티 리드를 방지하여 일관성을 어느 정도 유지하면서 성능도 적절히 확보할 수 있는 균형 있는 방식입니다.

---

3. Repeatable Read (레벨 2)

Repeatable Read는 트랜잭션이 완료될 때까지 동일한 데이터를 반복해서 조회할 수 있게 보장하는 격리 수준입니다. 즉, 하나의 트랜잭션 내에서 동일한 데이터를 여러 번 조회해도 그 값이 항상 동일합니다.

• Shared Lock이 걸림:
  • 트랜잭션이 완료될 때까지 SELECT 문장이 사용하는 모든 데이터에 Shared Lock이 걸리며, 이를 통해 다른 트랜잭션이 해당 데이터에 수정하지 못하게 막습니다.

🟢 장점:

• 트랜잭션 내에서 조회한 데이터의 일관성이 보장됩니다.
• 예를 들어, 트랜잭션 A가 처음에 조회한 데이터와 나중에 다시 조회한 데이터가 항상 동일하다는 것을 보장합니다.

🔴 단점:

• Phantom Read 문제는 여전히 발생할 수 있습니다. 즉, 트랜잭션 A가 데이터 집합을 조회한 후, 트랜잭션 B가 새로운 데이터를 추가하면, 트랜잭션 A가 다시 조회할 때 새로운 데이터가 포함될 수 있습니다.

결론: MySQL에서 기본(Default)으로 사용하는 격리 수준입니다. 데이터 조회 시 일관성을 보장하지만, 성능과 일관성의 균형을 고려한 격리 수준입니다.

---

4. Serializable (레벨 3)

Serializable은 가장 높은 격리 수준으로, 트랜잭션이 완료될 때까지 해당 데이터에 대한 읽기와 쓰기 작업을 전부 차단하는 방식입니다. 이 수준은 트랜잭션 간의 완벽한 독립성을 보장합니다.

• Shared Lock과 Exclusive Lock이 걸림:
  • 트랜잭션이 완료될 때까지 해당 데이터에 대한 SELECT 문장을 포함한 모든 작업에 대해 다른 트랜잭션이 접근하지 못하도록 차단합니다.
  • 쓰기뿐만 아니라 읽기 작업도 막기 때문에 데이터의 완전한 독립성을 보장합니다.

🟢 장점:

• 트랜잭션 간의 완벽한 일관성을 보장합니다. 다른 트랜잭션이 해당 데이터에 아무런 영향을 미치지 못합니다.
• Phantom Read도 발생하지 않으며, 트랜잭션 내의 모든 작업이 완벽히 독립적으로 수행됩니다.

🔴 단점:

• 성능 저하가 발생할 수 있습니다. 다른 트랜잭션이 해당 데이터에 접근하지 못하도록 강력한 제약을 두기 때문에 동시 처리 성능이 크게 감소할 수 있습니다.

결론: 가장 높은 수준의 격리를 보장하지만, 성능 측면에서는 효율적이지 않을 수 있습니다. 완벽한 데이터 일관성이 필수적인 경우에 사용됩니다.

---

🔍 트랜잭션 격리 수준(Isolation Level) 선택 시 주의해야 할 문제들

1️⃣ 선택 시 고려사항

1. 동시성과 데이터 무결성의 관계:

   • Isolation Level은 트랜잭션의 동시 실행과 데이터 무결성(일관성) 사이의 트레이드오프를 결정하는 요소입니다.
   • 동시성을 높이면 여러 트랜잭션이 동시에 처리되어 성능은 향상될 수 있지만, 그만큼 데이터의 무결성이 깨질 위험이 커집니다. 반대로 무결성을 높이기 위해 격리 수준을 강화하면 동시성이 낮아져 성능 저하가 발생할 수 있습니다.

2. 데이터 무결성 문제:

   • 격리 수준이 낮을 경우, 여러 트랜잭션이 동시에 데이터에 접근하게 되어 Dirty Read, Non-repeatable Read, Phantom Read와 같은 데이터 무결성 문제가 발생할 수 있습니다.

3. 비용:

   • Isolation Level을 높이면 데이터의 무결성은 보장되지만, 그에 따라 성능에 영향을 미칠 수 있는 비용이 증가합니다. 즉, 높은 격리 수준은 데이터베이스 시스템의 처리 성능에 추가적인 부하를 줄 수 있습니다.

---

2️⃣ 낮은 단계 Isolation Level을 활용할 때 발생하는 현상들

1. Dirty Read (더티 리드)

• 설명: 커밋되지 않은 데이터를 다른 트랜잭션에서 읽는 것을 허용하는 상황을 말합니다. 즉, 한 트랜잭션이 데이터를 수정하고 아직 Commit하지 않았는데, 다른 트랜잭션이 그 데이터를 읽는 현상입니다. 이때 수정 중인 데이터를 읽게 되는 문제가 발생할 수 있습니다.

  • 예시: 트랜잭션 A가 특정 데이터를 수정하고 있는 동안, 트랜잭션 B가 해당 데이터에 접근하여 수정되지 않은 상태의 데이터를 읽습니다. 그러나 나중에 트랜잭션 A가 Rollback을 수행하면, 트랜잭션 B가 읽은 데이터는 더 이상 유효하지 않은 상태가 됩니다.

• 발생 레벨: Read Uncommitted 격리 수준에서 발생할 수 있습니다. 이 수준에서는 트랜잭션이 커밋되지 않아도 다른 트랜잭션에서 데이터를 읽을 수 있기 때문에 Dirty Read가 발생합니다.

---

2. Non-Repeatable Read (반복 불가능한 읽기)

• 설명: 같은 트랜잭션 내에서 같은 쿼리를 두 번 실행할 때, 그 사이에 다른 트랜잭션이 해당 데이터를 수정하면 두 번째 쿼리의 결과가 처음 쿼리 결과와 다르게 나오는 현상입니다. 이는 일관성이 깨진 상태에서 발생하는 문제입니다.

  • 예시: 트랜잭션 A가 데이터를 조회한 후, 트랜잭션 B가 그 데이터를 수정하거나 삭제한 경우, 트랜잭션 A가 다시 데이터를 조회했을 때 처음과 다른 값이 반환됩니다.

• 발생 레벨: Read Committed와 Read Uncommitted 수준에서 발생할 수 있습니다. 트랜잭션이 완료되기 전에 다른 트랜잭션이 데이터를 수정할 수 있는 격리 수준에서는 Non-Repeatable Read가 발생할 수 있습니다.

---

3. Phantom Read (팬텀 리드)

• 설명: 한 트랜잭션 내에서 같은 범위의 레코드를 두 번 이상 읽을 때, 첫 번째 쿼리에서 조회되지 않았던 새로운 레코드가 두 번째 쿼리에서 나타나는 현상입니다. 이는 다른 트랜잭션이 새로운 데이터를 삽입함으로써 발생하는 현상입니다.

  • 예시: 트랜잭션 A가 특정 조건에 맞는 레코드를 조회한 후, 트랜잭션 B가 새로운 레코드를 추가하거나 수정하면, 트랜잭션 A가 다시 조회할 때 새롭게 추가된 데이터가 나타납니다. 이러한 상황이 Phantom Read입니다.

• 발생 레벨: Repeatable Read, Read Committed, Read Uncommitted 격리 수준에서 발생할 수 있습니다. 이들은 트랜잭션 범위 내에서 새로운 데이터를 삽입하는 것을 차단하지 않기 때문에 Phantom Read가 발생할 수 있습니다.