[SpringDB] 스프링과 문제 해결 - 트랜잭션

szlee·2023년 12월 27일

SpringDB

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< 스프링 DB 1편 - 데이터 접근 핵심 원리> 강의를 보고 이해한 내용을 바탕으로 합니다.

문제점 발견

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 ...

순수한 서비스 계층

핵심 비즈니스 로직이 들어있는 서비스 계층이 가장 중요하다.
시간이 흘러서 UI(웹) 와 관련된 부분이 변하고, 데이터 저장 기술을 다른 기술로 변경해도, 비즈니스 로직은 최대한 변경없이 유지되어야 한다.

이렇게 하려면 서비스 계층을 특정 기술에 종속적이지 않게 개발해야 한다.
이렇게 계층을 나눈 이유도 서비스 계층을 최대한 순수하게 유지하기 위한 목적이 크다.
기술에 종속적인 부분은 프레젠테이션 계층, 데이터 접근 계층에서 가지고 간다.

프레젠테이션 계층은 클라이언트가 접근하는 UI와 관련된 기술인 웹, 서블릿, HTTP와 관련된 부분을 담당 해준다. 그래서 서비스 계층을 이런 UI와 관련된 기술로부터 보호해준다. 예를 들어서 HTTP API를 사용하다가 GRPC 같은 기술로 변경해도 프레젠테이션 계층의 코드만 변경하고, 서비스 계층은 변경하지 않아도 된다.

데이터 접근 계층은 데이터를 저장하고 관리하는 기술을 담당해준다. 그래서 JDBC, JPA와 같은 구체적인 데이터 접근 기술로부터 서비스 계층을 보호해준다. 예를 들어서 JDBC를 사용하다가 JPA로 변경해도 서비스 계층은 변경하지 않아도 된다. 물론 서비스 계층에서 데이터 접근 계층을 직접 접근하는 것이 아니라, 인터페이스를 제공하고 서비스 계층은 이 인터페이스에 의존하는 것이 좋다. 그래야 서비스 코드의 변경 없이 JdbcRepository 를 JpaRepository 로 변경할 수 있다.

서비스 계층이 특정 기술에 종속되지 않기 때문에 비즈니스 로직을 유지보수 하기도 쉽고, 테스트 하기도 쉽다.

서비스 계층은 가급적 비즈니스 로직만 구현하고 특정 구현 기술에 직접 의존해서는 안된다. 이렇게 하면 향후 구현 기술이 변경될 때 변경의 영향 범위를 최소화 할 수 있다.

기존에 작성한 MemberServiceV1 코드를 살펴보자.

@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);
    }
}

이 코드에서의 문제점

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

다음으로 트랜잭션을 적용한 MemberServiceV2 코드를 살펴보자.

@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.

문제 정리

지금까지 우리가 개발한 애플리케이션의 문제점은 크게 3가지이다.

트랜잭션 문제
예외 누수 문제
JDBC 반복 문제

1. 트랜잭션 문제

가장 큰 문제는 트랜잭션을 적용하면서 생긴 다음과 같은 문제들이다.

JDBC 구현 기술이 서비스 계층에 누수되는 문제
트랜잭션을 적용하기 위해 JDBC 구현 기술이 서비스 계층에 누수되었다.
서비스 계층은 순수해야 한다. 구현 기술을 변경해도 서비스 계층 코드는 최대한 유지할 수 있어야 한다. (변화에 대응)
그래서 데이터 접근 계층에 JDBC 코드를 다 몰아두는 것이다.
- 물론 데이터 접근 계층의 구현 기술이 변경될 수도 있으니 데이터 접근 계층은 인터페이스를 제공하는 것이 좋다.
- 서비스 계층은 특정 기술에 종속되지 않아야 한다. 지금까지 그렇게 노력해서 데이터 접근 계층으로 JDBC관련 코드를 모았는데, 트랜잭션을 적용하면서 결국 서비스 계층에 JDBC 구현 기술의 누수가 발생했다.
트랜잭션 동기화 문제
같은 트랜잭션을 유지하기 위해 커넥션을 파라미터로 넘겨야 한다.
이때 파생되는 문제들도 있다. 똑같은 기능도 트랜잭션용 기능과 트랜잭션을 유지하지 않아도 되는 기능으로 분리해야 한다.
트랜잭션 적용 반복 문제
트랜잭션 적용 코드를 보면 반복이 많다. try , catch , finally ...

2. 예외 누수

데이터 접근 계층의 JDBC 구현 기술 예외가 서비스 계층으로 전파된다.
SQLException 은 체크 예외이기 때문에 데이터 접근 계층을 호출한 서비스 계층에서 해당 예외를 잡아서 처리하거나 명시적으로 throws 를 통해서 다시 밖으로 던져야한다.
SQLException 은 JDBC 전용 기술이다. 향후 JPA나 다른 데이터 접근 기술을 사용하면, 그에 맞는 다른 예외로 변경해야 하고, 결국 서비스 코드도 수정해야 한다.

3. JDBC 반복 문제

지금까지 작성한 MemberRepository 코드는 순수한 JDBC를 사용했다.
이 코드들은 유사한 코드의 반복이 너무 많다. try , catch , finally ...

커넥션을 열고, PreparedStatement 를 사용하고, 결과를 매핑하고... 실행하고, 커넥션과 리소스를 정리한다.

스프링과 문제 해결

스프링은 서비스 계층을 순수하게 유지하면서, 지금까지 이야기한 문제들을 해결할 수 있는 다양한 방법과 기술들을 제공한다.

트랜잭션 추상화

현재 서비스 계층은 트랜잭션을 사용하기 위해서 JDBC 기술에 의존하고 있다. JDBC에서 JPA 같은 다른 데이터 접근 기술로 변경하면, 서비스 계층의 트랜잭션 관련 코드도 모두 함께 수정해야 한다.

구현 기술에 따른 트랜잭션 사용법
트랜잭션은 원자적 단위의 비즈니스 로직을 처리하기 위해 사용한다.
구현 기술마다 트랜잭션을 사용하는 방법이 다르다.

JDBC : con.setAutoCommit(false)
JPA : transaction.begin()

//JDBC 트랜잭션 코드 예시
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);
	 }
}



//JPA 트랜잭션 코드 예시
public static void main(String[] args) {
    //엔티티 매니저 팩토리 생성
     EntityManagerFactory emf = Persistence.createEntityManagerFactory("jpabook");
	 EntityManager em = emf.createEntityManager(); //엔티티 매니저 생성 EntityTransaction tx = em.getTransaction(); //트랜잭션 기능 획득
	 try {
		tx.begin(); //트랜잭션 시작 
        logic(em); //비즈니스 로직 
        tx.commit();//트랜잭션 커밋
	 } catch (Exception e) { 
    	tx.rollback(); //트랜잭션 롤백
	 } finally {
		em.close(); //엔티티 매니저 종료
	 }
	 emf.close(); //엔티티 매니저 팩토리 종료 
 }

트랜잭션을 사용하는 코드는 데이터 접근 기술마다 다르다. 만약 다음 그림과 같이 JDBC 기술을 사용하고, JDBC 트랜 잭션에 의존하다가 JPA 기술로 변경하게 되면 서비스 계층의 트랜잭션을 처리하는 코드도 모두 함께 변경해야 한다.

이렇게 JDBC 기술을 사용하다가 JPA 기술로 변경하게 되면 서비스 계층의 코드도 JPA 기술을 사용하도록 함께 수정해야 한다.
=> 이 문제를 해결하려면 트랜잭션 기능을 추상화하면 된다.

스프링의 트랜잭션 추상화

스프링은 이미 이런 고민을 다 해두었다. 우리는 스프링이 제공하는 트랜잭션 추상화 기술을 사용하면 된다. 심지어 데이터 접근 기술에 따른 트랜잭션 구현체도 대부분 만들어두어서 가져다 사용하기만 하면 된다.

스프링 트랜잭션 추상화의 핵심은 PlatformTransactionManager 인터페이스이다. org.springframework.transaction.PlatformTransactionManager

참고
스프링 5.3부터는 JDBC 트랜잭션을 관리할 때 DataSourceTransactionManager 를 상속받아서 약간의 기능을 확장한 JdbcTransactionManager 를 제공한다. 둘의 기능 차이는 크지 않으므로 같은 것으로 이해하면 된다.

// PlatformTransactionManager 인터페이스
public interface PlatformTransactionManager extends TransactionManager {

     TransactionStatus getTransaction(@Nullable TransactionDefinition definition) 
          throws TransactionException;
          
     void commit(TransactionStatus status) throws TransactionException;
     void rollback(TransactionStatus status) throws TransactionException;
}

getTransaction() : 트랜잭션을 시작한다.
- 이름이 getTransaction() 인 이유는 기존에 이미 진행중인 트랜잭션이 있는 경우 해당 트랜잭션에 참여할 수 있기 때문이다.
commit() : 트랜잭션을 커밋한다.
rollback() : 트랜잭션을 롤백한다.

트랜잭션 동기화

스프링이 제공하는 트랜잭션 매니저는 크게 2가지 역할을 한다.

트랜잭션 추상화
리소스 동기화

트랜잭션 추상화
트랜잭션 기술을 추상화 하는 부분은 앞의 내용과 같다.

리소스 동기화
트랜잭션을 유지하려면 트랜잭션의 시작부터 끝까지 같은 데이터베이스 커넥션을 유지해야한다. 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.

스프링은 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 동기화할 수 있다. 따라서 커넥션이 필요하면 트랜잭션 동기화 매니저를 통해 커넥션을 획득하면 된다. 따라서 이전처럼 파라미터로 커넥션을 전달하지 않아도 된다.

동작 방식
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.

쓰레드 로컬을 사용하면 각각의 쓰레드마다 별도의 저장소가 부여된다. 따라서 해당 쓰레드만 해당 데이터에 접근할 수 있다.

트랜잭션 문제 해결 - 트랜잭션 매니저


private Connection getConnection() throws SQLException {
        //주의! 트랜잭션 동기화를 사용하려면 DataSourceUtils를 사용해야한다.
        Connection con = DataSourceUtils.getConnection(dataSource);
        log.info("get connection={}, class={}", con, con.getClass());
        return con;
    }


private void close(Connection con, Statement stmt, ResultSet rs){ //Statement : sql 그대로 넣기, PreparedStatement: 파라미터 바인딩 Statement 상속받음
        JdbcUtils.closeResultSet(rs);
        JdbcUtils.closeStatement(stmt);
        //주의! 트랜잭션 동기화를 사용하려면 DataSourceUtils를 사용해야한다.
        DataSourceUtils.releaseConnection(con, dataSource);
    }

DataSourceUtils.getConnection()

getConnection() 에서 DataSourceUtils.getConnection() 를 사용하도록 변경된 부분을 특히 주의해야 한다.
DataSourceUtils.getConnection() 는 다음과 같이 동작한다.
- 트랜잭션 동기화 매니저가 관리하는 커넥션이 있으면 해당 커넥션을 반환한다.
- 트랜잭션 동기화 매니저가 관리하는 커넥션이 없는 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.

@Slf4j
@RequiredArgsConstructor
public class MemberServiceV3_1 {

    private final PlatformTransactionManager transactionManager;
    private final MemberRepositoryV3 memberRepository;



    public void accountTransfer(String fromId, String toId, int money) throws SQLException {
        //트랜잭션 시작
        TransactionStatus status = transactionManager.getTransaction(new DefaultTransactionDefinition());

        try {
            //비즈니스 로직
            bizLogic(fromId, toId, money);
            transactionManager.commit(status); //성공 시 커밋

        } catch (Exception e){
            transactionManager.rollback(status); //실패 시 롤백
            throw new IllegalStateException(e);
        }
    }

    private void bizLogic(String fromId, String toId, int money) throws SQLException {
        //비즈니스 로직
        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("이체 중 예외 발생");
        }
    }

}

private final PlatformTransactionManager transactionManager
- 트랜잭션 매니저를 주입 받는다. 지금은 JDBC 기술을 사용하기 때문에 DataSourceTransactionManager 구현체를 주입 받아야 한다.
- 물론 JPA 같은 기술로 변경되면 JpaTransactionManager 를 주입 받으면 된다.
transactionManager.getTransaction()
- 트랜잭션을 시작한다.
- TransactionStatus status 를 반환한다. 현재 트랜잭션의 상태 정보가 포함되어 있다. 이후 트랜잭션을 커밋, 롤백할 때 필요하다.
new DefaultTransactionDefinition()
- 트랜잭션과 관련된 옵션을 지정할 수 있다.
transactionManager.commit(status)
- 트랜잭션이 성공하면 이 로직을 호출해서 커밋하면 된다.
transactionManager.rollback(status)
- 문제가 발생하면 이 로직을 호출해서 트랜잭션을 롤백하면 된다.

// 테스트코드 beforeEach
@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);
 }

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

트랜잭션 매니저 전체 동작 흐름 이해

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.

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.

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.

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.

트랜잭션 추상화 덕분에 서비스 코드는 이제 JDBC 기술에 의존하지 않는다.
이후 JDBC에서 JPA로 변경해도 서비스 코드를 그대로 유지할 수 있다. 기술 변경시 의존관계 주입만 DataSourceTransactionManager 에서 JpaTransactionManager 로 변경해주면 된다.
java.sql.SQLException 이 아직 남아있지만 이 부분은 뒤에 예외 문제에서 해결하자. 트랜잭션 동기화 매니저 덕분에 커넥션을 파라미터로 넘기지 않아도 된다.

szlee

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