JPA 영속성 컨텍스트

JPA를 사용할 때 가장 중요한게 객체와 관계형 데이터베이스를 매핑하는 것(ORM)과 영속성 컨텍스트를 이해하는 것이다.
이번 장에서는 JPA의 영속성 컨텍스트에 대해서 알아보고자 한다.

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1. 엔티티 매니저 팩토리와 엔티티 매니저

• JPA는 스레드가 하나 생성될 때 마다(매 요청마다) EntityManagerFactory에서 EntityManager를 생성한다.

• EntityManager는 내부적으로 DB 커넥션 풀을 사용해서 DB에 붙는다.

• EntityManager는 엔티티를 저장하고, 수정하고, 삭제하고, 조회하는 등 엔티티와 관련된 모든 일을 처리한다.

• EntityManagerFactory를 얻기

// 비용이 아주 많이 든다.
// 엔티티 매니저 팩토리 생성
// 한 개만 만들어서 어플리케이션 전체에서 공유하도록 설계.
// 여러 스래드가 동시에 접근해도 안전, 서로 다른 스레드 간 공유 가능.
EntityManagerFactory emf = Persistence.createEntityManagerFactory("jpabook");

• EntityManger 생성

// 엔티티 매니저 생성, 비용이 거의 안든다.
// 여러 스레드가 동시에 접근하면 동시성 문제 발생
// 스레드간 절대 공유하면 안된다.
// 데이터베이스 연결이 필요한 시점까지 커넥션을 얻지 않는다.
EntityManager em = emf.createEntityManager();

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2. 영속성 컨텍스트

영속성 컨텍스트는 JPA를 이해하는데 가장 중요한 용어이다.

영속성 컨텍스트란 엔티티를 영구 저장하는 환경이라는 뜻이다. 애플리케이션과 데이터베이스 사이에 객체를 보관하는 가상의 데이터베이스 같은 역할을 한다.
엔티티 매니저를 통해 엔티티를 저장하거나 조회하면 엔티티 매니저는 영속성 컨텍스트에 엔티티를 보관하고 관리한다.

• 엔티티 매니저를 생성할 때 하나 만들어진다.

• 엔티티 매니저를 통해 영속성 컨텍스트에 접근하고 관리할 수 있다.

• EntityManager.persist(entity)

  • DB에 저장하는 것이 아니라, 영속성 컨텍스트를 통해서 엔티티를 영속화 한다는 뜻이다.
  • 정확히 말하면 persist() 시점에는 영속성 컨텍스트에 저장한다. DB 저장은 이후이다.

• 영속성 컨텍스트의 특징

  • 엔티티 매니저를 생성할 때 하나 만들어진다.
  • 엔티티 매니저를 통해서 영속성 컨텍스트에 접근하고 관리할 수 있다.

• 영속성 컨텍스트는 내부에 캐시를 가지고 있는데 이것을 1차 캐시라 하고 영속 상태의 엔티티는 모두 이곳에 저장이 된다. 아래 그림과 같이 JDBC와 DB사이에 위치하여 동작한다.
  

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3.엔티티의 생명주기

4가지 상태

- 비영속(new/transient)

• 영속성 컨텍스트와 전혀 관계가 없는 상태

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

em.persist() 호출전, 비영속 상태

- 영속(managed)

• 영속성 컨텍스트에 저장된 상태

• 엔티티가 영속성 컨텍스트에 의해 관리된다.

• 이때 DB에 저장 되지 않는다. 영속 상태가 된다고 DB에 쿼리가 날라가지 않는다.

• 트랜잭션의 커밋 시점에 영속성 컨텍스트에 있는 정보들이 DB에 쿼리로 날라간다.

• em.find()나 JPQL를 사용해서 조회한 엔티티도 영속 상태.

// 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);

em.persist() 호출 후, 영속 상태

준영속(detached)

• 영속성 컨텍스트가 관리하던 영속 상태의 엔티티를 영속성 컨텍스트가 관리하지 않으면 '준영속 상태'

• em.detach() 호출로 준영속 상태 명시적 호출.

• em.close()를 호출해서 영속성 컨텍스트를 닫음.

• em.clear로 영속성 컨텍스트 초기화

// 회원 엔티티를 영속성 컨텍스트에서 분리, 준영속 상태
em.detach(member);

삭제(removed)

• 엔티티를 영속성 컨텍스트와 데이터베이스에서 삭제.

// 객체를 삭제한 상태
em.remove(member);

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4. 영속성 컨텍스트의 특징

• 영속성 컨텍스트와 식별자 값

  • 엔티티를 식별자 값(@id로 테이블의 기본 키와 매핑한 값)으로 구분
  • 영속 상태는 식별자 값이 반드시 있어야 한다.
  • 식별자 값이 없으면 예외 발생.

• 영속성 컨텍스트와 데이터베이스 저장

  • JPA는 보통 트랜잭션을 커밋하는 순간 영속성 컨텍스트에 새로 저장된 엔티티를 데이터베이스에 반영
  • 플러시(flush)

• 애플리케이션과 DB사이에 왜 중간에 영속성 컨텍스트가 있냐. 왜 필요하냐. 아래와 같은 개념들이 가능하려면, 영속성 컨텍스트가 존재해야 한다.

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5. 영속성 컨텍스트가 엔티티를 관리하는 것의 장점

• 1차 캐시
• 동일성 보장
• 트랜잭션을 지원하는 쓰기 지연
• 변경 감지
• 지연 로딩

엔티티 조회

• 영속성 컨텍스트(엔티티 매니저)에는 내부에 1차 캐시가 존재한다.

• 영속 상태의 엔티티는 모두 이곳에 저장

영속성 컨텍스트 내부에 Map이 하나 있음.
키는 @ID로 매핑한 식별자이고 값은 엔티티 인스턴스

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

// 1차 캐시에 저장됨 & 엔티티 영속
em.persist(member);

• 1차 캐시의 키는 식별자 값
• 식별자 값은 데이터베이스 기본 키와 매핑
• 영속성 컨텍스트에 데이터를 저장하고 조회하는 모든 기준은 데이터베이스 기본 키 값

엔티티 조회

Member findMember = em.find(Member.class, "Member1");

em.find() 호출 => 1차 캐시에서 엔티티 조회
엔티티가 1차 캐시에 없으면 데이터베이스 조회

1차 캐시에서 조회

• em.find() 호출
  - 우선 1차 캐시에서 식별자 값으로 엔티티 찾음.
  • 찾는 엔티티가 있으면 데이터베이스 조회하지 않고, 메모리에 있는 1차 캐시에서 엔티티를 조회

데이터베이스에서 조회

• 1차 캐시에 데이터가 없다면? 데이터베이스에서 조회 한다.
  • member2를 조회하는데 1차 캐시에 해당 엔티티가 없다.
  • 그러면 DB에서 꺼내온다.
  • 그리고 1차 캐시에 저장한다.
  • 그 후에 member2를 반환한다.
  • 다시 member2를 조회하면, 1차 캐시에 있는 member2가 반환된다.
    • SELECT 쿼리가 안나간다.(한 트랙잭션 내에서)
      

동일성(identity) 보장

• 영속 엔티티의 동일성을 보장한다.

• 1차 캐시 덕분에 member1을 두 번 조회해도 다른 객체가 아니다. 같은 인스턴스가 된다.

• 영속성 컨텍스트는 성능상 이점과 엔티티의 동일성을 보장한다.

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

System.out.println(a == b); // 동일성 비교, 결과는 '참'

• 1차 캐시가 있으면 어떤 이점이 있을까? 조회할 때 이점이 생긴다.

• find()가 일어나는 순간, 엔티티 매니저 내부의 1차 캐시를 먼저 찾는다.

• 1차 캐시에 엔티티가 존재하면 바로 반환한다. DB 들리지 않는다.

• 1차 캐시는 글로벌하지 않다. 해당 스레드 하나가 시작할 때 부터 끝날 때 까지 잠깐 쓰는거다. 공유하지 않는 캐시다.

  • 100명 한테 요청 100개 오면, 엔티티 매니저 100개 생기고 1차캐시도 100개 생긴다. 스레드 종료되면, 그때 다 사라진다.
  • 트랜잭션의 범위 안에서만 사용하는 굉장히 짧은 캐시 레이어이다.
  • 전체에서 쓰는 글로벌 캐시는 2차 캐시라고 한다.

엔티티 등록

EntityManager em = emf.createEntityManager();
EntityTransaction transaction = em.getTransaction();

// 엔티티 매니저는 데이터 변경 시 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

• 엔티티 매니저는 트랜잭션을 커밋하기 직전까지 데이터베이스의 엔티티를 저장하지 않음.

• 내부 쿼리 저장소에 INSERT SQL을 차곡차곡 모아둔다.

• 트랜잭션 커밋할 때 모아둔 쿼리를 데이터베이스에 보낸다.

• 트랜잭션을 지원하는 쓰기 지연

쓰기 지연, 회원 A 영속

쓰기 지연, 회원 B 영속

트랜잭션 커밋, 플러시, 동기화

1. 트랜잭션 커밋.
2. 엔티티 매니저 -> 영속성 컨텍스트 플러시.
3. 데이터베이스 동기화 -> 등록, 수정, 삭제한 엔티티를 DB에 반영.
(쓰기 지연 SQL 저장소에 모인 쿼리를 데이터베이스에 보낸다.)
4. 마지막으로 실제 데이터베이스 트랜잭션 커밋.

트랜잭션 범위 안에서 실행.
등록 쿼리를 그때 그때 데이터베이스에 전달해도 트랜잭션을 커밋하지 않으면 아무 소용이 없음.

엔티티 수정 (더티 체킹)

• JPA는 엔티티를 수정할 때는 단순히 엔티티를 조회해서 데이터만 변경하면 된다.

• update()라는 메소드 없음.

• 변경 감지 기능을 사용해서 데이터베이스에 자동 반영

수정 순서

1. 트랜잭션 커밋 -> 엔티티 매니저 내부에서 먼저 플러시 호출
2. 엔티티와 스냅샷을 비교해서 변경된 엔티티 찾는다.
3. 변경된 엔티티가 있으면 수정 쿼리를 생성해서 쓰기 지연 SQL 저장소로 보낸다.
4. 쓰기 지연 저장소의 SQL을 데이터베이스로 보낸다.
5. 데이터베이스 트랜잭션을 커밋

변경 감지는 영속성 컨텍스트가 관리하는 영속 상태의 엔티티에만 적용

업데이트 기본 전략

JPA의 기본전략은 모든 필드를 업데이트한다.

• 모든 필드를 사용하면 수정 쿼리가 항상 같음
• 동일한 쿼리를 보내면 데이터 베이스는 이전에 파싱된 쿼리는 재사용
• 필드가 많거나 저장되는 내용이 큰 경우
  @DynamicUpdate 어노테이션 사용 = > 수정된 데이터만 사용해서 동적으로 UPDATE SQL 을 생성

@Slf4j
@RequiredArgsConstructor
@Service
public class PayService {

    private final PayRepository payRepository;

    @Transactional
    public void update(Long id, String tradeNo) {
        Pay pay = payRepository.getOne(id);
        pay.changeTradeNo(tradeNo);
    }
}

5. 엔티티 삭제

엔티티를 삭제하려면 먼저 삭제 대상 엔티티를 조회해야한다.

Member memberA = em.find(Member.class, 100L);  // 삭제 대상 엔티티 조회
em.remove(memberA);     // 엔티티 삭제

• 엔티티를 즉시 삭제하는 것이 아님

• 삭제 쿼리를 쓰기 지연 SQL 저장소에 등록

• em.remove(memberA)를 호출하는 순간 영속성 컨텍스트에서 제거

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참고자료

자바 ORM 표준 JPA 프로그래밍