개요

데이터 저장 또는 업데이트 과정에서 데이터의 일관성(consistency)과 무결성(integrity)을 보장하기 위해 사용되는 기법이다. Atomic Write 패턴은 데이터 쓰기 작업이 완전히 이루어지거나, 전혀 이루어지지 않게 보장하는 것을 목표로 한다.
만약 쓰기 작업이 중간에 실패하거나 문제가 발생하면, 시스템은 데이터를 이전 상태로 복구할 수 있도록 한다.

Atomic Write의 주요 개념

• 원자성(Atomicity): 하나의 쓰기 작업이 반드시 완료되거나, 그렇지 않으면 그 작업의 일부도 이루어지지 않는 상태이다. 즉, 작업의 일부만 실행되어 데이터가 불완전하게 저장되는 것을 방지한다.

• 무결성(Integrity): 작업 중 오류가 발생할 경우 데이터를 이전 상태로 돌릴 수 있어야 하며, 데이터가 손상되지 않아야 한다.

• 일관성(Consistency): 데이터베이스나 파일 시스템의 상태가 모든 트랜잭션을 거친 후에도 일관된 상태를 유지하는 것을 의미한다.

사용 사례

• 파일 시스템: 파일을 업데이트하는 중간에 시스템이 중단되더라도, 파일이 불완전하거나 손상되지 않도록 보장한다.

• 데이터베이스: 트랜잭션이 완료되기 전에 오류가 발생하면, 트랜잭션이 롤백되어 데이터베이스의 상태가 변경되지 않는다.

• 분산 시스템: 여러 노드에 데이터를 분산 저장할 때, 어느 한 노드에서 데이터가 완전하게 쓰이지 않으면 해당 데이터를 전체적으로 롤백하여 일관성을 유지한다.

구현 방법

1. Temporary File 방식: 데이터를 쓰기 전에 임시 파일에 저장하고, 작업이 완료되면 임시 파일을 원본 파일로 교체한다. 이는 파일 시스템에서 쓰기 작업 중 중단이 발생할 때 원본 파일이 손상되지 않게 하는 방법이다.

2. Write-ahead logging (WAL): 데이터베이스에서 자주 사용하는 기법으로, 실제 데이터에 반영하기 전에 변경 사항을 로그에 기록한 후, 로그의 내용을 확인한 뒤 데이터에 반영한다.

3. Two-phase commit (2PC): 분산 시스템에서 사용하는 기법으로, 모든 노드가 데이터 쓰기 작업을 완전히 완료했을 때만 커밋하는 방식이다.

구현 예시

• Temporary File 방식의 예시이다.
• WriteAllText 사용 1

using System;
using System.IO;

public class AtomicFileWriter
{
    public static void WriteAllTextAtomically(string filePath, string content)
    {
        string tempFilePath = filePath + ".tmp";
        string backupFilePath = filePath + ".bak";

        try
        {
            // 1. 임시 파일에 데이터 기록
            File.WriteAllText(tempFilePath, content);

            // 2. 기존 파일을 백업하고 임시 파일로 대체
            File.Replace(tempFilePath, filePath, backupFilePath);
            
            // 백업 파일이 필요 없으면 아래 줄을 추가하여 백업 파일을 삭제
            // File.Delete(backupFilePath);
        }
        catch (Exception ex)
        {
            Console.WriteLine("파일 쓰기 중 오류 발생: " + ex.Message);
        }
        finally
        {
            // 작업이 끝나면 임시 파일이 남아 있을 경우 삭제
            if (File.Exists(tempFilePath))
            {
                File.Delete(tempFilePath);
            }
        }
    }
}

• WriteAllText 사용 2

public static void WriteAllTextAtomically(string filePath, string content)
{
    string tempFilePath = filePath + ".tmp";

    try
    {
        // Step 1: Write to a temporary file
        File.WriteAllText(tempFilePath, content);

        // Step 2: Atomically replace the original file with the temporary file
        File.Replace(tempFilePath, filePath, null);
    }
    catch (Exception ex)
    {
        Console.WriteLine($"Error during file write: {ex.Message}");
        // Handle the exception or retry if needed
    }
    finally
    {
        // Clean up the temp file in case of error
        if (File.Exists(tempFilePath))
        {
            File.Delete(tempFilePath);
        }
    }
}

• StreamWriter 사용

string tempFile = "example_temp.txt";
string originalFile = "example.txt";

try
{
    // 1. 임시 파일에 데이터 쓰기
    using (StreamWriter writer = new StreamWriter(tempFile))
    {
        writer.WriteLine("Hello, World!");
        writer.WriteLine("This is another line.");
    }

    // 2. 기존 파일 대체
    File.Replace(tempFile, originalFile, null);
}
catch (Exception ex)
{
    Console.WriteLine("파일 쓰기 중 오류 발생: " + ex.Message);
}
finally
{
    // 임시 파일이 남아 있으면 삭제
    if (File.Exists(tempFile))
    {
        File.Delete(tempFile);
    }
}

참고

• ChatGPT 질문
• A way to do atomic writes