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스프링/스프링 DB 접근

[Spring] 트랜잭션 이해 - 트랜잭션 개념

by drCode 2024. 12. 17.
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트랜잭션 - 개념 이해

 

데이터를 저장할 때 단순히 파일에 저장해도 되는데, 데이터베이스에 저장하는 이유는 무엇일까?

여러가지 이유가 있지만, 가장 대표적인 이유는 바로 데이터베이스는 트랜잭션이라는 개념을 지원하기 때문이다.

 

트랜잭션을 이름 그대로 번역하면 거래라는 뜻이다. 이것을 쉽게 풀어서 이야기하면,

데이터베이스에서 트랜잭션은 하나의 거래를 안전하게 처리하도록 보장해주는 것을 뜻한다.

그런데 하나의 거래를 안전하게 처리하려면 생각보다 고려 해야 할 점이 많다.

예를 들어서 A의 5000원을 B에게 계좌이체한다고 생각해보자. A의 잔고를 5000원 감소하고, B의 잔고를 5000원 증가해야한다.

 

5000원 계좌이체

1. A의 잔고를 5000원 감소

2. B의 잔고를 5000원 증가

 

계좌이체라는 거래는 이렇게 2가지 작업이 합쳐져서 하나의 작업처럼 동작해야 한다.

만약 1번은 성공했는데 2번에서 시스템에 문제가 발생하면 계좌이체는 실패하고,

A의 잔고만 5000원 감소하는 심각한 문제가 발생한다.

 

데이터베이스가 제공하는 트랜잭션 기능을 사용하면 1,2 둘다 함께 성공해야 저장하고,

중간에 하나라도 실패하면 거래 전의 상태로 돌아갈 수 있다.

 

만약 1번은 성공했는데 2번에서 시스템에 문제가 발생하면 계좌이체는 실패하고,

거래 전 의 상태로 완전히 돌아갈 수 있다.

결과적으로 A의 잔고가 감소하지 않는다.

 

모든 작업이 성공해서 데이터베이스에 정상 반영하는 것을 커밋( Commit )이라 하고,

작업 중 하나라도 실패해서 거래 이전으로 되돌리는 것을 롤백( Rollback )이라 한다.

 

트랜잭션 ACID

트랜잭션은 ACID(http://en.wikipedia.org/wiki/ACID)라 하는

원자성(Atomicity), 일관성(Consistency), 격리성(Isolation), 지속성(Durability)을 보장해야 한다.

  • 원자성: 트랜잭션 내에서 실행한 작업들은 마치 하나의 작업인 것처럼 모두 성공 하거나 모두 실패해야 한다.
  • 일관성: 모든 트랜잭션은 일관성 있는 데이터베이스 상태를 유지해야 한다.
    예를 들어 데이터베이스에서 정한 무결성 제약 조건을 항상 만족해야 한다.
  • 격리성: 동시에 실행되는 트랜잭션들이 서로에게 영향을 미치지 않도록 격리한다.
    예를 들어 동시에 같은 데이터 를 수정하지 못하도록 해야 한다.
    격리성은 동시성과 관련된 성능 이슈로 인해 트랜잭션 격리 수준(Isolation level)을 선택할 수 있다.
  • 지속성: 트랜잭션을 성공적으로 끝내면 그 결과가 항상 기록되어야 한다.
    중간에 시스템에 문제가 발생해도 데이터베이스 로그 등을 사용해서 성공한 트랜잭션 내용을 복구해야 한다.

트랜잭션은 원자성, 일관성, 지속성을 보장한다.

문제는 격리성인데 트랜잭션 간에 격리성을 완벽히 보장하려면 트랜잭션을 거의 순서대로 실행해야 한다.

 

이렇게 하면 동시 처리 성능이 매우 나빠진다.

이런 문제로 인해 ANSI 표준은 트랜잭션의 격리 수준을 4단계로 나누어 정의했다.

 

트랜잭션 격리 수준 - Isolation level

  • READ UNCOMMITED(커밋되지 않은 읽기)
  • READ COMMITTED(커밋된 읽기)
  • REPEATABLE READ(반복 가능한 읽기)
  • SERIALIZABLE(직렬화 가능)

데이터베이스 연결 구조와 DB 세션

트랜잭션을 더 자세히 이해하기 위해 데이터베이스 서버 연결 구조와 DB 세션에 대해 알아보자.

 

 

데이터베이스 연결 구조1

 

  • 사용자는 웹 애플리케이션 서버(WAS)나 DB 접근 툴 같은 클라이언트를 사용해서 데이터베이스 서버에 접근할 수 있다.
    클라이언트는 데이터베이스 서버에 연결을 요청하고 커넥션을 맺게 된다.
    이때 데이터베이스 서버는 부에 세션이라는 것을 만든다.
    그리고 앞으로 해당 커넥션을 통한 모든 요청은 이 세션을 통해서 실행하게 된다.
  • 쉽게 이야기해서 개발자가 클라이언트를 통해 SQL을 전달하면 현재 커넥션에 연결된 세션이 SQL을 실행한다.
  • 세션은 트랜잭션을 시작하고, 커밋 또는 롤백을 통해 트랜잭션을 종료한다.
    그리고 이후에 새로운 트랜잭션을 다시 시작할 수 있다.
  • 사용자가 커넥션을 닫거나, 또는 DBA(DB 관리자)가 세션을 강제로 종료하면 세션은 종료된다.

 

데이터베이스 연결 구조2

커넥션 풀이 10개의 커넥션을 생성하면, 세션도 10개 만들어진다.

 

트랜잭션 사용법

  • 데이터 변경 쿼리를 실행하고 데이터베이스에 그 결과를 반영하려면 커밋 명령어인 commit 을 호출하고,
    결과를 반영하고 싶지 않으면 롤백 명령어인 rollback 을 호출하면 된다.
  • 커밋을 호출하기 전까지는 임시로 데이터를 저장하는 것이다.
    따라서 해당 트랜잭션을 시작한 세션(사용자)에게만 변경하는 데이터가 보이고
    다른 세션(사용자)에게는 변경 데이터가 보이지 않는다.
  • 등록, 수정, 삭제 모두 같은 원리로 동작한다

 

기본 데이터

세션1, 세션2 둘다 가운데 있는 기본 테이블을 조회하면 해당 데이터가 그대로 조회된다.

 

세션1 신규 데이터 추가

  • 세션1은 트랜잭션을 시작하고 신규 회원1, 신규 회원2를 DB에 추가했다. 아직 커밋은 하지 않은 상태이다.
  • 새로운 데이터는 임시 상태로 저장된다.
  • 세션1은 select 쿼리를 실행해서 본인이 입력한 신규 회원1, 신규 회원2를 조회할 수 있다.
  • 세션2는 select 쿼리를 실행해도 신규 회원들을 조회할 수 없다. 왜냐하면 세션1이 아직 커밋을 하지 않았기 때문이다.

커밋하지 않은 데이터를 다른 곳에서 조회할 수 있으면 어떤 문제가 발생할까?

커밋하지 않는 데이터가 보인다면, 세션2는 데이터를 조회했을 때 신규 회원1, 2가 보일 것이다. 따라서 신규 회원1, 신규 회원2가 있다고 가정하고 어떤 로직을 수행할 수 있다. 그런데 세션1이 롤백을 수행하면 신규 회원1, 신규 회원2의 데이터가 사라지게 된다. 따라서 데이터 정합성에 큰 문제가 발생한다.

세션2에서 세션1이 아직 커밋하지 않은 변경 데이터가 보이다면, 세션1이 롤백 했을 때 심각한 문제가 발생할 수 있다. 따라서 커밋 전의 데이터는 다른 세션에서 보이지 않는다.

 

 

세션1 신규 데이터 추가 후 commit

  • 세션1이 신규 데이터를 추가한 후에 commit 을 호출했다.
  • commit 으로 새로운 데이터가 실제 데이터베이스에 반영된다. 데이터의 상태도 임시 상태에서 완료로 상태가 변경되었다.
  • 이제 다른 세션에서도 회원 테이블을 조회하면 신규 회원들을 확인할 수 있다.

 

세션1 신규 데이터 추가 후 rollback

  • 세션1이 신규 데이터를 추가한 후에 commit 대신에 rollback 을 호출했다.
  • 세션1이 데이터베이스에 반영한 모든 데이터가 처음 상태로 복구된다.
  • 수정하거나 삭제한 데이터도 rollback 을 호출하면 모두 트랜잭션을 시작하기 직전의 상태로 복구된다

자동 커밋, 수동 커밋

예제에 사용되는 스키마는 다음과 같다.

drop table member if exists;
create table member (
    member_id varchar(10),
    money integer not null default 0,
    primary key (member_id)
);

 

자동 커밋

트랜잭션을 사용하려면 먼저 자동 커밋과 수동 커밋을 이해해야 한다.

자동 커밋으로 설정하면 각각의 쿼리 실행 직후에 자동으로 커밋을 호출한다. 따라서 커밋이나 롤백을 직접 호출하지 않아도 되는 편리함이 있다. 하지만 쿼리를 하나하나 실행할 때마다 자동으로 커밋이 되어버리기 때문에 우리가 원하는 트랜잭션 기능을 제대로 사용할 수 없다.

 

자동 커밋 설정

set autocommit true; //자동 커밋 모드 설정
insert into member(member_id, money) values ('data1',10000); //자동 커밋
insert into member(member_id, money) values ('data2',10000); //자동 커밋

 

따라서 commit , rollback 을 직접 호출하면서 트랜잭션 기능을 제대로 수행하려면 자동 커밋을 끄고 수동 커밋을 사용해야 한다.

 

수동 커밋 설정

set autocommit false; //수동 커밋 모드 설정
insert into member(member_id, money) values ('data3',10000);
insert into member(member_id, money) values ('data4',10000);
commit; //수동 커밋

 

보통 자동 커밋 모드가 기본으로 설정된 경우가 많기 때문에,

수동 커밋 모드로 설정하는 것을 트랜잭션을 시작한다고 표현할 수 있다.

수동 커밋 설정을 하면 이후에 꼭 commit , rollback 을 호출해야 한다.

 

참고로 수동 커밋 모드나 자동 커밋 모드는 한번 설정하면 해당 세션에서는 계속 유지된다.

중간에 변경하는 것은 가능 하다

 

트랜잭션 실습

 

1. 기본 데이터 입력

지금까지 설명한 예시를 직접 확인해보자.

먼저 H2 데이터베이스 웹 콘솔 창을 2개 열어두자

 

※ 주의사항

H2 데이터베이스 웹 콘솔 창을 2개 열때 기존 URL을 복사하면 안된다.

꼭 http://localhost:8082 를 직접 입 력해서 완전히 새로운 세션에서 연결하도록 하자.

URL을 복사하면 같은 세션( jsessionId )에서 실행되어서 원하는 결과가 나오지 않을 수 있다.

 

jsessionid=9ab496a809fa9e8ea82473e414fd04e5
jsessionid=a7cb206bc478d389e8bb346a93dd3046

 

http://localhost:8082 에 접근했을 때 다음과 같이 jsessionid 값이 서로 달라야 한다.

jsessionid 값이 같으면 같은 세션에 접근하게 된다

 

http://192.168.159.88:8082/login.do?jsessionid=9ab496a809fa9e8ea82473e414fd04e5

http://192.168.159.88:8082/login.do?jsessionid=a7cb206bc478d389e8bb346a93dd3046

 

먼저 기본 데이터를 다음과 같이 맞추어두자.

 

기본 데이터

데이터 초기화 SQL

//데이터 초기화
set autocommit true;
delete from member;
insert into member(member_id, money) values ('oldId',10000);

자동 커밋 모드를 사용했기 때문에 별도로 커밋을 호출하지 않아도 된다.

 

※ 주의!

만약 잘 진행되지 않으면 이전에 실행한 특정 세션에서 락을 걸고 있을 수 있다.

이때는 H2 데이터베이스 서버를 종료하고 다시 실행해보자.

 

이렇게 데이터를 초기화하고, 세션1, 세션2에서 다음 쿼리를 실행해서 결과를 확인하자.

select * from member;

결과를 이미지와 비교하자. 참고로 이미지의 name 필드는 이해를 돕기 위해 그린 것이고 실제로는 없다.

 

2. 신규 데이터 추가 - 커밋 

전 세션1에서 신규 데이터를 추가해보자. 아직 커밋은 하지 않을 것이다

 

세션1 신규 데이터 추가

세션1 신규 데이터 추가 SQL

//트랜잭션 시작
set autocommit false; //수동 커밋 모드
insert into member(member_id, money) values ('newId1',10000);
insert into member(member_id, money) values ('newId2',10000);

 

세션1, 세션2에서 다음 쿼리를 실행해서 결과를 확인하자

select * from member;

결과를 이미지와 비교해보자. 아직 세션1이 커밋을 하지 않은 상태이기 때문에 세션1에서는 입력한 데이터가 보이지만,

세션2에서는 입력한 데이터가 보이지 않는 것을 확인할 수 있다.

 

3. 커밋 - commit

세션1에서 신규 데이터를 입력했는데, 아직 커밋은 하지 않았다. 이제 커밋해서 데이터베이스에 결과를 반영해보자.

세션1 신규 데이터 추가 후 commit

세션1에서 커밋을 호출해보자.

commit; //데이터베이스에 반영

 

세션1, 세션2에서 다음 쿼리를 실행해서 결과를 확인하자.

select * from member;

결과를 이미지와 비교해보자. 세션1이 트랜잭션을 커밋했기 때문에 데이터베이스에 실제 데이터가 반영된다.

커밋 이후 에는 모든 세션에서 데이터를 조회할 수 있다.

 

롤백 - rollback

이번에는 롤백에 대해서 알아보자.

기본 데이터

예제를 처음으로 돌리기 위해 데이터를 초기화하자.

//데이터 초기화
set autocommit true;
delete from member;
insert into member(member_id, money) values ('oldId',10000);

 

세션1 신규 데이터 추가 후

세션1에서 트랜잭션을 시작 상태로 만든 다음에 데이터를 추가하자.

//트랜잭션 시작
set autocommit false; //수동 커밋 모드
insert into member(member_id, money) values ('newId1',10000);
insert into member(member_id, money) values ('newId2',10000);

 

세션1, 세션2에서 다음 쿼리를 실행해서 결과를 확인하자.

select * from member;

결과를 이미지와 비교해보자. 아직 세션1이 커밋을 하지 않은 상태이기 때문에 세션1에서는 입력한 데이터가 보이지만,

세션2에서는 입력한 데이터가 보이지 않는 것을 확인할 수 있다.

 

세션1 신규 데이터 추가 후 rollback

세션1에서 롤백을 호출해보자.

rollback; //롤백으로 데이터베이스에 변경 사항을 반영하지 않는다

 

세션1, 세션2에서 다음 쿼리를 실행해서 결과를 확인하자.

select * from member;

결과를 이미지와 비교해보자. 롤백으로 데이터가 DB에 반영되지 않은 것을 확인할 수 있다.

 

4 - 계좌이체

이번에는 계좌이체 예제를 통해 트랜잭션이 어떻게 사용되는지 조금 더 자세히 알아보자.

다음 3가지 상황을 준비했다.

  • 계좌이체 정상
  • 계좌이체 문제 상황 - 커밋
  • 계좌이체 문제 상황 - 롤백

계좌이체 정상

계좌이체가 발생하는 정상 흐름을 알아보자

기본 데이터 입력

먼저 다음 SQL로 기본 데이터를 설정하자.

 

기본 데이터 입력 - SQL

set autocommit true;
delete from member;
insert into member(member_id, money) values ('memberA',10000);
insert into member(member_id, money) values ('memberB',10000);

 

다음 기본 데이터를 준비했다.

  • memberA 10000원
  • memberB 10000원

이제 계좌이체를 실행해보자.

계좌이체 실행

  • memberA 의 돈을 memberB 에게 2000원 계좌이체하는 트랜잭션을 실행해보자.
    다음과 같은 2번의 update 쿼리가 수행되어야 한다.
  • set autocommit false 로 설정한다.
  • 아직 커밋하지 않았으므로 다른 세션에는 기존 데이터가 조회된다

계좌이체 실행 SQL - 성공

set autocommit false;
update member set money=10000 - 2000 where member_id = 'memberA';
update member set money=10000 + 2000 where member_id = 'memberB';

 

커밋

  • commit 명령어를 실행하면 데이터베이스에 결과가 반영된다.
  • 다른 세션에서도 memberA 의 금액이 8000원으로 줄어들고, memberB 의 금액이 12000원으로 증가한 것을 확인할 수 있다.

세션1 커밋

commit;

 

 

확인 쿼리

select * from member;

 

 

계좌이체 문제 상황 - 커밋

이번에는 계좌이체 도중에 문제가 발생하는 상황을 알아보자.

기본 데이터 입력

먼저 다음 SQL로 기본 데이터를 설정하자.

 

기본 데이터 입력 - SQL

set autocommit true;
delete from member;
insert into member(member_id, money) values ('memberA',10000);
insert into member(member_id, money) values ('memberB',10000);

 

계좌이체 실행

  • 계좌이체를 실행하는 도중에 SQL에 문제가 발생한다.
    그래서 memberA 의 돈을 2000원 줄이는 것에는 성공했 지만, memberB 의 돈을 2000원 증가시키는 것에 실패한다.
  • 두 번째 SQL은 member_iddd 라는 필드에 오타가 있다.
    두 번째 update 쿼리를 실행하면 SQL 오류가 발생하 는 것을 확인할 수 있다.

계좌이체 실행 SQL - 오류

set autocommit false;
update member set money=10000 - 2000 where member_id = 'memberA'; //성공
update member set money=10000 + 2000 where member_iddd = 'memberB'; //쿼리 예외 발생

 

두 번째 SQL 실행시 발생하는 오류 메시지 

Column "MEMBER_IDDD" not found; SQL statement:
update member set money=10000 + 2000 where member_iddd = 'memberB' [42122-200] 
42S22/42122

여기서 문제는 memberA 의 돈은 2000원 줄어들었지만, memberB 의 돈은 2000원 증가하지 않았다는 점이다.

결과적으로 계좌이체는 실패하고 memberA 의 돈만 2000원 줄어든 상황이다.

 

강제 커밋

만약 이 상황에서 강제로 commit 을 호출하면 어떻게 될까?

계좌이체는 실패하고 memberA 의 돈만 2000원 줄어드는 아주 심각한 문제가 발생한다.

 

세션1 커밋

commit;

 

확인 쿼리

select * from member;

 

이렇게 중간에 문제가 발생했을 때는 커밋을 호출하면 안된다. 롤백을 호출해서 데이터를 트랜잭션 시작 시점으로 원복해야 한다.

 

계좌이체 문제 상황 - 롤백

중간에 문제가 발생했을 때 롤백을 호출해서 트랜잭션 시작 시점으로 데이터를 원복해보자.

기본 데이터 입력

먼저 다음 SQL로 기본 데이터를 설정하자.

 

기본 데이터 입력 - SQL

set autocommit true;
delete from member;
insert into member(member_id, money) values ('memberA',10000);
insert into member(member_id, money) values ('memberB',10000);

 

계좌이체 실행

계좌이체를 실행하는 도중에 SQL에 문제가 발생한다. 그래서 memberA 의 돈을 2000원 줄이는 것에는 성공했지만,

memberB 의 돈을 2000원 증가시키는 것에 실패한다.

두 번째 update 쿼리를 실행하면 SQL 오류가 발생하는 것을 확인할 수 있다

 

계좌이체 실행 SQL - 오류

set autocommit false;
update member set money=10000 - 2000 where member_id = 'memberA'; //성공
update member set money=10000 + 2000 where member_iddd = 'memberB'; //쿼리 예외 발생

 

두 번째 SQL 실행시 발생하는 오류 메시지

Column "MEMBER_IDDD" not found; SQL statement:
update member set money=10000 + 2000 where member_iddd = 'memberB' [42122-200] 
42S22/42122

여기서 문제는 memberA 의 돈은 2000원 줄어들었지만, memberB 의 돈은 2000원 증가하지 않았다는 점이다.

결과적으로 계좌이체는 실패하고 memberA 의 돈만 2000원 줄어든 상황이다.

 

롤백

이럴 때는 롤백을 호출해서 트랜잭션을 시작하기 전 단계로 데이터를 복구해야 한다.

롤백을 사용한 덕분에 계좌이체를 실행하기 전 상태로 돌아왔다.

memberA 의 돈도 이전 상태인 10000원으로 돌아오 고, memberB 의 돈도 10000 원으로 유지되는 것을 확인할 수 있다.

 

세션1 - 롤백

rollback;

 

확인 쿼리

select * from member;

 

※ 정리하며..

원자성

트랜잭션 내에서 실행한 작업들은 마치 하나의 작업인 것처럼 모두 성공 하거나 모두 실패해야 한다.트랜잭션의 원자성 덕분에 여러 SQL 명령어를 마치 하나의 작업인 것 처럼 처리할 수 있었다.성공하면 한번에 반영하고, 중간에 실패해도 마치 하나의 작업을 되돌리는 것 처럼 간단히 되돌릴 수 있다.

 

오토 커밋

만약 오토 커밋 모드로 동작하는데, 계좌이체 중간에 실패하면 어떻게 될까?쿼리를 하나 실행할 때 마다 바로바로 커밋이 되어버리기 때문에 memberA 의 돈만 2000원 줄어드는 심각한 문제가 발생한다.

 

트랜잭션 시작

따라서 이런 종류의 작업은 꼭 수동 커밋 모드를 사용해서 수동으로 커밋, 롤백할 수 있도록 해야 한다.보통 이렇게 자동 커밋 모드에서 수동 커밋 모드로 전환 하는 것을 트랜잭션을 시작한다고 표현한다.

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