스프링 DB 1편 - 데이터 접근 핵심 원리 (3)

트랜잭션

트랜잭션은 하나의 거래를 안전하게 처리하도록 보장해주는 것을 뜻한다.

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

1.A의 잔고를 10000원 감소 2.B의 잔고를 10000원 증가 시킨다면 데이터베이스가 제공하는 트랙잭션을 기능을 사용한다면 1,2 둘다 함께 성공해야 저장하고 중간에 하나라도 실패하면 거래 전의 상태로 돌아갈 수 있다.

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 ACID라 하는 원자성, 일관성, 격리성, 지속성을 보장해야 한다.

 

원자성: 트랜잭션 내에서 실행한 작업들은 마치 하나의 작업인 것처럼 모두 성공 하거나 모두 실패해야한다.

일관성: 모든 트랜잭션은 일관성 있는 데이터베이스 상태를 유지해야 한다. -. 데이터베이스에서 정한 무결성 제약 조건을 항상 만족해야 한다.

격리성: 동시에 실행되는 트랜잭션들이 서로에게 영향을 미치지 않도록 격리한다. EX) 동시에 같은 데이터를 수정하지 못하도록 해야한다.

지속성: 트랜잭션을 성공적으로 끝내면 그 결과가 항상 기록되어야 한다. 중간에 시스템 문제가 발생해도 데이터베이스 로그 등을 사용해서 성공한 트랜잭션 내용을 복구해야 한다.

 

트랜잭션은 원자성, 일관성, 지속성을 보장한다. 트랜잭션 간에 격리성을 완벽히 보장하려면 트랜잭션을 순서대로 실행해야 하는데 이렇게 하면 동시 처리 성능이 나빠지게 된다. 이런 문제로 인해 ANSI 표준은 트랜잭션의 격리 수준을 4단계로 나누어 정의 했다.

 

트랜잭션 격리 수준

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

 

데이터베이스 연결 구조와 DB 세션

사용자는 웹 애플리케이션 서버나 DB접근 툴을 사용해서 데이터베이스 서버에 접근할 수 있다.

클라이언트는 데이터베이스 서버에 연결을 요청하고 커넥션을 맺게 된다.

이때 데이터베이스 서버는 내부에 세션이라는 것을 만든다. 그리고 앞으로 해당 커넥션을 통한 모든 요청은 이 세션을 통해서 실행하게 된다.

세션은 트랜잭션을 시작하고, 커밋 또는 롤백을 통해 트랜잭션을 종료한다. 그 이후에 새로운 트랜잭션을 다시 시작할 수 있다. 

사용자가 커넥션을 닫거나 또는 DBA가 세션을 강제로 종료하면 세션은 종료된다.

 

트랜잭션 - 자동 커밋, 수동 커밋

자동 커밋

자동 커밋으로 설정하면 쿼리 실행 직후에 자동으로 커밋을 호출한다.

하지만 쿼리를 하나하나 실행할 때 마다 자동으로 커밋이 되어버리기 때문에 우리가 원하는 트랜잭션 기능을 제대로 사용할 수 없다.

 

set autocommit true; //자동 커밋 모드 설정

 

수동 커밋 설정

 

set autocommit false;

 

수동 커밋 설정을 하면 꼭 commit , rollback 을 호출 해야 한다.

 

트랜잭션 실습

계좌이체 문제 상황 - 커밋

 

기본 데이터를 입력하는 SQL 이다.

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 SQL 을 오류를 발생 시켰다.

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

 

 

memberA의 돈은 2000원 줄어들었지만 memberB의 돈은 2000원 증가하지 않았다.

 

commit;

이러한 중간에 문제가 발생했을 때는 커밋을 호출하면 안된다. 롤백을 호출해서 데이터를 트랜잭션 시작 시점으로 원복해야한다.

 

계좌이체 문제 상황 - 롤백

 

위와 같은 동일한 상황에서 롤백을 호출해서 트랜잭션을 시작하기 전 단계로 데이터를 복구해야 한다.

rollback;

데이터가 실행하기 전 상태로 돌아왔다.

 

DB 락 

세션1이 트랜잭션을 시작하고 데이터를 수정하는 동안 아직 커밋을 수행하지 않았는데, 세션2에서 동시에 같은 데이터를 수정하게 되면 여러가지 문제가 발생한다. -> 트랜잭션 원자성이 깨진다.

이런 문제를 방지하려면 세션이 트랜잭션을 시작하고 데이터를 수정하는 동안에는 커밋이나 롤백 전까지 다른 세션에서 해당 데이터를 수정할 수 없게 막아야 한다.

 

예를들어서 세션1이 memberA의 금액을 1000원으로 변경하고싶고 세션2는 같은 memberA의 금액을 2000원으로 변경하고 싶다면 데이터베이스는 이런 문제를 해결하기 위해 락이라는 개념을 제공한다.

 

락1

세션1은 트랜잭션을 시작한다.

세션1은 memberA의 금액을 1000원으로 변경을 시도한다. 

락이 남아 있으므로 세션1은 락을 획득 한다.

세션1은 락을 획득했으므로 해당 로우에 update sql을 수행한다.

 

락2

세션2는 트랜잭션을 시작한다.

세션2도 memberA의 금액을 변경하려고 시도한다. 락이 없으므로 락이 돌아올 때 까지 대기한다.

세션2는 무한정 대기하지는 않는다. 락 대기 시간을 넘어가면 락 타임아웃 오류가 발생한다.

락 대기 시간은 설정할 수 있다.

 

락3

세션1은 커밋을 수행한다. 커밋으로 트랜잭션이 종료되었으므로 락도 반납한다.

 

락4

락을 획득하기 위해 대기하던 세션2가 락을 획득한다.

 

락5

세션2는 update sql을 수행한다.

 

락6

세션2는 커밋을 수행하고 트랜잭션이 종료되었으므로 락을 반납한다.

 

DB락 실습

기본 데이터 입력 SQL

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

 

set autocommit false;
update member set money=1000 where member_id = 'memberA';

세션1이 트랜잭션을 시작하고 memberA의 데이터를  1000원으로 업데이트했다.

아직 커밋은 안한 상태이다. memberA 로우의 락은 세션1이 가지게 된다.

 

SET LOCK_TIMEOUT 60000;
set autocommit false;
update member set money=2000 where member_id = 'memberA';

세션 2는 memberA의 데이터를 2000원으로 수정하려 한다.

세션 1이  트랜잭션을 커밋,롤백해서 종료하지 않았으므로 아직 세션1이 락을 가지고 있다.

세션2는 락이 돌아올때 까지 대기하게 된다.

SEL LOCK_TIMEOUT 60000; : 락 획득 시간을 60초로 설정한다. 60초 안에 락을 얻지 못하면 예외가 발생한다.

 

쿼리가 실행됐지만 update문은 아직 실행하지 않은 모습이다.

 

세션1에서 commit 을 하고 난 후 update sql이 정상적으로 실행됐다.

 

세션2가 대기해도 락을 얻지 못하면 이미지와 같이 락 타임아웃 오류가 발생한다.

 

DB락 - 조회

데이터베이스마다 다르지만 보통 데이터를 조회할 때는 락을 획득하지 않고 바로 데이터를 조회할 수 있다.

예를 들어서 세션1이 락을 획득하고 데이터를 변경하고 있어도, 세션2에서 데이터를 조회는 할 수 있다.

 

데이터를 조회할 때도 락을 획득하고 싶을 때가 있다. 이럴 때는 select for update 구문을 사용하면 된다.

이렇게하면 세션1이 조회 시점에 락을 가져가버리기 때문에 다른 세션에서 해당 데이터를 변경할 수 없다.

 

조회 시점에 락이 필요한 경우?

트랜잭션 종료 시점까지 해당 데이터를 다른 곳에서 변경하지 못하도록 강제로 막아야 할 때 사용한다.

예를 들면 memberA의 금액을 조회한 다음에 이 금액 정보로 애플리케이션에서 어떤 계산을 수행한다면

이 계산이 완료 할 때 까지 memberA의 금액을 다른 곳에서 변경하게 하면 안된다. 이런 경우에 조회 시점에 락을 획득하면 된다.

 

set autocommit false;
select * from member where member_id='memberA' for update

 

select for update 구문을 사용하여 조회를 하면서 동시에 선택한 로우의 락도 획득한다.

 

트랜잭션 적용1

실제 애플리케이션에서 DB 트랜잭션을 사용해보았다.

 

package hello.service;


import hello.jdbc.domain.Member;
import hello.jdbc.repository.MemberRepositoryV1;
import lombok.RequiredArgsConstructor;

import java.sql.SQLException;

@RequiredArgsConstructor
public class MemberServiceV1 {

    private final MemberRepositoryV1 memberRepositoryV1;

    public void accountTransfer(String fromId, String toId, int money) throws SQLException {
        Member fromMember = memberRepositoryV1.findById(fromId);
        Member toMember = memberRepositoryV1.findById(toId);

        memberRepositoryV1.update(fromId, fromMember.getMoney() - money);
        validation(toMember);
        memberRepositoryV1.update(toId, fromMember.getMoney() + money);

    }

    private void validation(Member toMember) {
        if (toMember.getMemberId().equals("ex")) {
            throw new IllegalStateException("이체중 예외 발생");
        }
    }
}

 

package hello.jdbc.service;

import hello.jdbc.connection.ConnectionConst;
import hello.jdbc.domain.Member;
import hello.jdbc.repository.MemberRepositoryV1;
import hello.service.MemberServiceV1;
import org.assertj.core.api.Assertions;
import org.junit.jupiter.api.AfterEach;
import org.junit.jupiter.api.BeforeEach;
import org.junit.jupiter.api.DisplayName;
import org.junit.jupiter.api.Test;
import org.springframework.jdbc.datasource.DriverManagerDataSource;

import java.sql.SQLException;

import static hello.jdbc.connection.ConnectionConst.*;
import static org.assertj.core.api.Assertions.*;

/**
 * 기본 동작,  트랜잭션이 없어서 문제 발생
 */
public class MemberServiceV1Test {

    public static final String MEMBER_A = "memberA";
    public static final String MEMBER_B = "memberB";
    public static final String MEMBER_EX = "ex";

    private MemberRepositoryV1 memberRepository;
    private MemberServiceV1 memberService;

    @BeforeEach
    void before() {
        DriverManagerDataSource dataSource = new DriverManagerDataSource(URL, USERNAME, PASSWORD);
        memberRepository = new MemberRepositoryV1(dataSource);
        memberService = new MemberServiceV1(memberRepository);
    }

    @AfterEach
    void after() throws SQLException {
        memberRepository.delete(MEMBER_A);
        memberRepository.delete(MEMBER_B);
        memberRepository.delete(MEMBER_EX);
    }


    @Test
    @DisplayName("정상 이체")
    void accountTransfer() throws SQLException {
        // given
        Member memberA = new Member(MEMBER_A, 10000);
        Member memberB = new Member(MEMBER_B, 10000);
        memberRepository.save(memberA);
        memberRepository.save(memberB);

        // when
        memberService.accountTransfer(memberA.getMemberId(), memberB.getMemberId(), 2000);


        // then
        Member findMemberA = memberRepository.findById(memberA.getMemberId());
        Member findMemberB = memberRepository.findById(memberB.getMemberId());

        assertThat(findMemberA.getMoney()).isEqualTo(8000);
        assertThat(findMemberB.getMoney()).isEqualTo(12000);

    }

    @Test
    @DisplayName("이체중 예외 발생")
    void accountTransferEx() throws SQLException {
        // given
        Member memberA = new Member(MEMBER_A, 10000);
        Member memberEx = new Member(MEMBER_EX, 10000);
        memberRepository.save(memberA);
        memberRepository.save(memberEx);

        // when
        assertThatThrownBy(() -> memberService.accountTransfer(memberA.getMemberId(), memberEx.getMemberId(), 2000))
                .isInstanceOf(IllegalStateException.class);


        // then
        Member findMemberA = memberRepository.findById(memberA.getMemberId());
        Member findMemberB = memberRepository.findById(memberEx.getMemberId());

        assertThat(findMemberA.getMoney()).isEqualTo(8000);
        assertThat(findMemberB.getMoney()).isEqualTo(10000);

    }
}

 

메소드 accoutTransfer()

memberA 의 금액을 2000원 감소 시키고 memberB의 금액을 2000원 증가 시킨다.

정상적으로 로직이 수행하는 테스트이다.

 

@BeaforEach : 각각의 테스트가 수행되기 전에 실행된다.

@AfterEach : 각각의 테스트가 실행되고 난 이후에 실행된다.

 

메소드 accoutTransferEx()

memberA의 금액이 2000원 감소한다.

memberEx 회원은 예외를 발생 시킨다.

결과적으로 memberA의 금액만 2000원이 감소하고 memberB는 중간에 실패로 로직이 수행되지 않았다.

 

트랜잭션 적용2

트랜잭션은 비즈니스 로직이 있는 서비스 계층에서 시작해야 한다. 비즈니스 로직이 잘못되면 해당 비즈니스 로직으로 인해 문제가 되는 부분을 함께 롤백해야 하기 때문이다.

트랜잭션을 시작하려면 커넥션이 필요하고 서비스 계층에서 커넥션을 만들고 트랜잭션 커밋 이후에 커넥션을 종료 해야한다. 

애플리케이션 DB 트랜잭션을 사용하려면 트랜잭션을 사용하는 동안 같은 커넥션을 유지해야한다. 그래야 같은 세션을 사용할 수 있다.

 

public Member findById(Connection con , String memberId) throws SQLException {
    String sql = "select * from member where member_id = ?";

    PreparedStatement pstmt = null;
    ResultSet rs = null;

    log.info("memberId= {}", memberId);

    try {
        pstmt = con.prepareStatement(sql);
        pstmt.setString(1, memberId);

        rs = pstmt.executeQuery();
        if (rs.next()) {
            Member member = new Member();
            member.setMemberId(rs.getString("member_id"));
            member.setMoney(rs.getInt("money"));
            return member;
        } else {
            throw new NoSuchElementException("member not found memberId= " + memberId);
        }

    } catch (SQLException e) {
        log.error("db error ", e);
        throw e;
    } finally {
        //connection은 닫지 않는다.
        JdbcUtils.closeResultSet(rs);
        JdbcUtils.closeStatement(pstmt);
    }
}

 

public void update(Connection con, String memberId, int money) throws SQLException {
    String sql = "update member set money = ? where member_id = ? ";

    PreparedStatement pstmt = null;

    try {
        pstmt = con.prepareStatement(sql);
        pstmt.setInt(1, money);
        pstmt.setString(2, memberId);
        int resultSize = pstmt.executeUpdate();
        log.info("resultSize={}", resultSize);
    } catch (SQLException e) {
        log.error("db error", e);
        throw e;
    } finally {
        //connection은 닫지 않는다.
        JdbcUtils.closeStatement(pstmt);
    }

}

 

저번 실습 코드에서 커넥션 유지가 필요한 메소드를 수정하였다.

커넥션 유지가 필요한 두 메서드는 파라미터로 넘어온 커넥션을 사용해야 하기 때문에 con = getConnection() 코드가 있으면 안된다.

커넥션 유지가 필요한 두 메서드는 리포지토리에서 커넥션을 닫으면 안된다.

커넥션을 전달 받은 리포지토리 뿐만 아니라 이후에도 커넥션을 계속 이어서 사용하기 때문이다. 이후 서비스 로직이 끝날 때 트랜잭션을 종료하고 닫아야 한다.

 

package hello.service;


import hello.jdbc.domain.Member;
import hello.jdbc.repository.MemberRepositoryV2;
import lombok.RequiredArgsConstructor;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;

import javax.sql.DataSource;
import java.sql.Connection;
import java.sql.SQLException;

/**
 * 트랜잭션 - 파라미터 연동, 풀을 고려한 종료
 */
@Slf4j
@RequiredArgsConstructor
public class MemberServiceV2 {

    private final DataSource dataSource;
    private final MemberRepositoryV2 memberRepositoryV1;

    public void accountTransfer(String fromId, String toId, int money) throws SQLException {

        Connection con = dataSource.getConnection();
        try {
            con.setAutoCommit(false);
            //비지니스 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 = memberRepositoryV1.findById(con, fromId);
        Member toMember = memberRepositoryV1.findById(con, toId);

        memberRepositoryV1.update(con, fromId, fromMember.getMoney() - money);
        validation(toMember);
        memberRepositoryV1.update(con, toId, fromMember.getMoney() + money);
    }

    private void release(Connection con) {
        if (con != null) {
            try {
                con.setAutoCommit(true); //커넥션 풀 고려
                con.close();
            } catch (Exception e) {
                log.info("error", e);
            }
        }
    }

    private void validation(Member toMember) {
        if (toMember.getMemberId().equals("ex")) {
            throw new IllegalStateException("이체중 예외 발생");
        }
    }
}

 

트랜잭션을 시작하려면 커넥션이 필요하다.

con.setAutoCommit(false) : 자동 커밋 모드를 껐다. 트랜잭션을 시작 하기 위해

bizLogin() -> 트랜잭션이 시작된 커넥션을 전달하면서 비즈니스 로직을 수행한다.

con.commit() : 비즈니스 로직이 정상 수행되면 트랜잭션을 커밋한다.

con.rollback() : 비즈니스 로직 수행 도중에 예외가 발생하면 트랜잭션을 롤백한다.

release(con) : finally {..} 를 사용해서 커넥션을 모두 사용하고 나면 안전하게 종료한다.

커넥션 풀을 사용하면 con.close()를 호출 했을 때 커넥션이 종료되는 것이 아니라 풀에 반납된다.

현재 수동 커밋 모드로 동작하기 때문에 풀에 돌려주기 전에 기본 값인 자동 커밋 모드로 변경하는 것이 안전하다.

 

package hello.jdbc.service;

import hello.jdbc.domain.Member;
import hello.jdbc.repository.MemberRepositoryV1;
import hello.jdbc.repository.MemberRepositoryV2;
import hello.service.MemberServiceV1;
import hello.service.MemberServiceV2;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.junit.jupiter.api.AfterEach;
import org.junit.jupiter.api.BeforeEach;
import org.junit.jupiter.api.DisplayName;
import org.junit.jupiter.api.Test;
import org.springframework.jdbc.datasource.DriverManagerDataSource;

import java.sql.SQLException;

import static hello.jdbc.connection.ConnectionConst.*;
import static org.assertj.core.api.Assertions.assertThat;
import static org.assertj.core.api.Assertions.assertThatThrownBy;

/**
 * 기본 동작,  트랜잭션이 없어서 문제 발생
 */
@Slf4j
public class MemberServiceV2Test {

    public static final String MEMBER_A = "memberA";
    public static final String MEMBER_B = "memberB";
    public static final String MEMBER_EX = "ex";

    private MemberRepositoryV2 memberRepository;
    private MemberServiceV2 memberService;

    @BeforeEach
    void before() {
        DriverManagerDataSource dataSource = new DriverManagerDataSource(URL, USERNAME, PASSWORD);
        memberRepository = new MemberRepositoryV2(dataSource);
        memberService = new MemberServiceV2(dataSource, memberRepository);
    }

    @AfterEach
    void after() throws SQLException {
        memberRepository.delete(MEMBER_A);
        memberRepository.delete(MEMBER_B);
        memberRepository.delete(MEMBER_EX);
    }


    @Test
    @DisplayName("정상 이체")
    void accountTransfer() throws SQLException {
        // given
        Member memberA = new Member(MEMBER_A, 10000);
        Member memberB = new Member(MEMBER_B, 10000);
        memberRepository.save(memberA);
        memberRepository.save(memberB);

        // when
        log.info("START TX");
        memberService.accountTransfer(memberA.getMemberId(), memberB.getMemberId(), 2000);
        log.info("END TX");

        // then
        Member findMemberA = memberRepository.findById(memberA.getMemberId());
        Member findMemberB = memberRepository.findById(memberB.getMemberId());

        assertThat(findMemberA.getMoney()).isEqualTo(8000);
        assertThat(findMemberB.getMoney()).isEqualTo(12000);

    }

    @Test
    @DisplayName("이체중 예외 발생")
    void accountTransferEx() throws SQLException {
        // given
        Member memberA = new Member(MEMBER_A, 10000);
        Member memberEx = new Member(MEMBER_EX, 10000);
        memberRepository.save(memberA);
        memberRepository.save(memberEx);

        // when
        assertThatThrownBy(() -> memberService.accountTransfer(memberA.getMemberId(), memberEx.getMemberId(), 2000))
                .isInstanceOf(IllegalStateException.class);


        // then
        Member findMemberA = memberRepository.findById(memberA.getMemberId());
        Member findMemberB = memberRepository.findById(memberEx.getMemberId());

        assertThat(findMemberA.getMoney()).isEqualTo(10000);
        assertThat(findMemberB.getMoney()).isEqualTo(10000);

    }
}

 

메서드 accoutTransferEx() 

memberA의 금액이 2000원으로 감소한다.

memberEx 회원은 예외가 발생한다.

예외가 발생했으므로 트랜잭션을 롤백한다.

memberA의 돈이 10000으로 복구 되었다.

 

트랜잭션 덕분에 예외가 발생했을 때 롤백을 수행해서 모든 데이터를 정상적으로 초기화 할수 있게 되었다.

하지만 애플리케이션에서 DB트랜잭션을 적용하려면 서비스 계층이 매우 지저분해지고, 생각보다 매우 복잡한 코드를 요구한다. 스프링을 사용해서 이런 문제들을 해결할 수 있다.

 

 

 

출처

https://www.inflearn.com/course/%EC%8A%A4%ED%94%84%EB%A7%81-db-1