[Spring] 스프링 DB 1편 - 데이터 접근 핵심 원리 섹션3 트랜잭션 이해

본 내용은 인프런 김영한T 스프링 DB 1편 - 데이터 접근 핵심 원리 강의를 정리한 내용입니다:)

[Spring] 스프링 DB 1편 - 데이터 접근 핵심 원리 섹션3 트랜잭션 이해

◼️ 트랜잭션

커밋(Commit): 모든 작업이 성공해서 DB에 정상 반영하는 것롤백(Rollback): 작업 중 하나라도 실패해서 거래 이전으로 되돌리는 것

 

🟢트랜잭션 ACID

• 원자성(Atomicity) : 트랜잭션 내에서 실행한 작업들은 하나의 작업인 것처럼 모두 성공 or 모두 실패해야한다.
• 일관성(Consistency) : DB에서 정한 무결성 제약 조건을 항상 만족해야 한다.
• 격리성(Isolation) : 동시실행되는 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(Durability) : 트랜잭션을 성공적으로 끝내면 그 결과가 항상 기록되어야 한다. 중간에 시스템에 문제가 발생해도 데이
  터베이스 로그 등을 사용해서 성공한 트랜잭션 내용을 복구해야 한다.

🟢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

데이터베이스 연결 구조

클라이언트는 DB 서버에 연결을 요청하고 커넥션을 맺는다. 이때 DB서버는 내부에 세션을 만든다. 그리고 해당 커넥션을 위한 모든 요청은 세션을 통해 실행한다.

◼️ 트랜잭션 - DB 예제

🟢트랜잭션 사용법

1. 쿼리실행후 결과를 반영하려면 commit을 호출, 반영하지않으려면 rollback을 호출한다.
2. 커밋을 호출하기 전까지는 임시로 데이터를 저장하는 것이다. 따라서 해당 트랜잭션을 시작한 세션(사용자)에게만 변경 데이터가 보이고 다른 세션(사용자)에게는 변경 데이터가 보이지 않는다.

🪄만약 커밋하지 않은 데이터를 다른 곳에서 조회할 수 있으면, 데이터 정합성에 큰 문제가 발생한다.
＊데이터 정합성은 데이터가 서로 모순 없이 일관되게 일치해야 함을 의미한다.

세션1은 트랜잭션을 시작하고 신규 회원1, 신규 회원2를 DB에 추가,커밋은 아직X. 세션2는 select 쿼리를 실행해도 신규 회원들을 조회할 수 없다. 왜냐하면 세션1이 아직 커밋을 하지 않았기 때문이다.:)

◼️ 트랜잭션 - 자동 커밋, 수동 커밋

자동 커밋: 쿼리를 하나하나 실행할 때 마다 자동으로 커밋이 되어버리기 때문에 커밋이나 롤백을 직접 호출하지 않아도 된다.

수동 커밋: 자동→수동 커밋 전환을 트랜잭션을 시작한다고도 표현한다. 이후에 꼭 commit , rollback 을 호출해야 한다.

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

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

◼️ 트랜잭션 실습

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

memberB 의 돈을 2000원 증가시키는 것에 실패한다.

이럴 때는 롤백을 호출해서 트랜잭션을 시작하기 전 단계로 데이터를 복구해야 한다.롤백을 사용해 계좌이체 실행 전 상태로 돌아갈수 있다.

◼️ DB 락 - 개념 이해

동시에 같은 데이터를 수정하지 않도록, 즉 트랜잭션의 원자성이 깨지지않도록 해야한다. 세션이 트랜잭션을 시작하고 데이터를 수정하는 동안에는 커밋이나 롤백 전까지 다른 세션에서 해당 데이터를 수정할 수 없게 막아야 한다.

세션1이 트랜잭션을 시작하려면 락을 먼저 획득해야한다. 이후 세션2가 변경을 시도할때 락이 없으므로 락이 돌아 올 때 까지 대기한다. 락 대기 시간을 넘어가면 락 타임아웃 오류가 발생한다. 락 대기 시간은 설정할 수 있다.

◼️ DB 락 - 조회

일반적 조회는 락을 사용하지 않는다.데이터를 조회할 때도 락을 획득하고 싶을 때가 있다. 이럴 때는 select for update 구문을 사용하면 된다. 그러면 조회를 하면서 동시에 선택한 로우 락도 획득한다.(물론 락이 없다면 락을 획득할 때 까지 대기해야 한다.)

// 섹션1
set autocommit false;
select * from member where member_id='memberA' for update;

이제 섹션2가 데이터를 변경하고싶어도, 섹션1이 가져간 락을 획득할 때까지 대기해야한다.

섹션1이 커밋되면 아래가 동작한다.(아니면 타임아웃)

// 섹션2
set autocommit false;
update member set money=500 where member_id = 'memberA'

◼️ 트랜잭션 - 적용1

실제 앱에서 DB 트랜잭션을 사용해서 계좌이체 같이 원자성이 중요한 비즈니스 로직을 구현하는방법을 알아보자.

 

아래예시에서, memberA→memberEx로  이체중 예외가 발생하게 되면 memberA 의 금액은 10000원 8000원으로 2000원 감소한다. 그런데 memberEx 의 돈은 그대로 10000원으로 남아있다. 결과적으로 memberA 의 돈만 2000원 감소한 것이다!

@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);
        validation(toMember);
        memberRepository.update(toId, toMember.getMoney() + money);
    }
    private void validation(Member toMember) {
        if (toMember.getMemberId().equals("ex")) {
            throw new IllegalStateException("이체중 예외 발생");
        }
    }
}

/**
 * 기본 동작, 트랜잭션이없어서 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 findMemberEx = memberRepository.findById(memberEx.getMemberId());
        //memberA의 돈만 2000원 줄었고, ex의 돈은 10000원 그대로이다.
        assertThat(findMemberA.getMoney()).isEqualTo(8000);
        assertThat(findMemberEx.getMoney()).isEqualTo(10000);
    }
}

◼️ 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 필요하다. 서비스 계층에서 커넥션을 만들고, 트랜잭션 커밋 이후에 커넥션을 종료해야 한다.
  애플리케이션에서 DB 트랜잭션을 사용하려면 트랜잭션을 사용하는 동안 같은 커넥션을 유지해야한다. 그래야 같은 세션을 사용할 수 있다.

같은 커넥션을 유지하는 가장 단순한 방법은 커넥션을 파라미터로 전달해서 같은 커넥션이 사용되도록 유지하는 것이다.

먼저 리포지토리가 파라미터를 통해 같은 커넥션을 유지할 수 있도록 파라미터를 추가한다.

 

아래 코드에서, 커넥션 유지가 필요한 메서드는 파라미터로 넘어온 커넥션을 사용해야 한다. 따라서 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.

/**
 * JDBC - ConnectionParam
 */
@Slf4j
public class MemberRepositoryV2 {
    private final DataSource dataSource;
    public MemberRepositoryV2(DataSource dataSource) {
        this.dataSource = dataSource;
    }
    public Member save(Member member) throws SQLException {
        String sql = "insert into member(member_id, money) values(?, ?)";
        Connection con = null;
        PreparedStatement pstmt = null;
        try {
            con = getConnection();
            pstmt = con.prepareStatement(sql);
            pstmt.setString(1, member.getMemberId());
            pstmt.setInt(2, member.getMoney());
            pstmt.executeUpdate();
            return member;
        } catch (SQLException e) {
            log.error("db error", e);
            throw e;
        } finally {
            close(con, pstmt, null);
        }
    }
    public Member findById(String memberId) throws SQLException {
        String sql = "select * from member where member_id = ?";
        Connection con = null;
        PreparedStatement pstmt = null;
        ResultSet rs = null;
        try {
            con = getConnection();
            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 {
            close(con, pstmt, rs);
        }
    }
    public Member findById(Connection con, String memberId) throws SQLException
    {
        String sql = "select * from member where member_id = ?";
        PreparedStatement pstmt = null;
        ResultSet rs = null;
        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 여기서 닫지 않는다.
            JdbcUtils.closeResultSet(rs);
            JdbcUtils.closeStatement(pstmt);
        }
    }
    public void update(String memberId, int money) throws SQLException {
        String sql = "update member set money=? where member_id=?";
        Connection con = null;
        PreparedStatement pstmt = null;
        try {
            con = getConnection();
            pstmt = con.prepareStatement(sql);
            pstmt.setInt(1, money);
            pstmt.setString(2, memberId);
            pstmt.executeUpdate();
        } catch (SQLException e) {
            log.error("db error", e);
            throw e;
        } finally {
            close(con, pstmt, null);
        }
    }
    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);
            pstmt.executeUpdate();
        } catch (SQLException e) {
            log.error("db error", e);
            throw e;
        } finally {
            //connection은 여기서 닫지 않는다.
            JdbcUtils.closeStatement(pstmt);
        }
    }
    public void delete(String memberId) throws SQLException {
        String sql = "delete from member where member_id=?";
        Connection con = null;
        PreparedStatement pstmt = null;
        try {
            con = getConnection();
            pstmt = con.prepareStatement(sql);
            pstmt.setString(1, memberId);
            pstmt.executeUpdate();
        } catch (SQLException e) {
            log.error("db error", e);
            throw e;
        } finally {
            close(con, pstmt, null);
        }
    }
    private void close(Connection con, Statement stmt, ResultSet rs) {
        JdbcUtils.closeResultSet(rs);
        JdbcUtils.closeStatement(stmt);
        JdbcUtils.closeConnection(con);
    }
    private Connection getConnection() throws SQLException {
        Connection con = dataSource.getConnection();
        log.info("get connection={} class={}", con, con.getClass());
        return con;
    }
}

/**
 * 트랜잭션 - 파라미터 연동, 풀을 고려한 종료
 */
@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(); // 트랜잭션을 시작하려면 커넥션이 필요
        try {
            con.setAutoCommit(false); //트랜잭션 시작 (수동 커밋 모드.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); // 커넥션을 모두 사용후 종료, 풀에 반납
        }
    }
    // 트랜잭션이 시작된 커넥션을 전달하면서 비즈니스 로직 수행
    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);
        validation(toMember);
        memberRepository.update(con, toId, toMember.getMoney() + money);
    }
    private void validation(Member toMember) {
        if (toMember.getMemberId().equals("ex")) {
            throw new IllegalStateException("이체중 예외 발생");
        }
    }
    private void release(Connection con) {
        if (con != null) {
            try {
                con.setAutoCommit(true); //커넥션 풀 고려
                con.close();
            } catch (Exception e) {
                log.info("error", e);
            }
        }
    }
}

/**
 * 트랜잭션 - 커넥션 파라미터 전달 방식 동기화
 */
class MemberServiceV2Test {
    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("memberA");
        memberRepository.delete("memberB");
        memberRepository.delete("ex");
    }
    @Test
    @DisplayName("정상 이체")
    void accountTransfer() throws SQLException {
        //given
        Member memberA = new Member("memberA", 10000);
        Member memberB = new Member("memberB", 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("memberA", 10000);
        Member memberEx = new 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 findMemberEx = memberRepository.findById(memberEx.getMemberId());
        //memberA의 돈이 롤백 되어야함
        assertThat(findMemberA.getMoney()).isEqualTo(10000);
        assertThat(findMemberEx.getMoney()).isEqualTo(10000);
    }
}

이제 트랜잭션 덕분에 계좌이체가 실패할 때 롤백을 수행해서 모든 데이터가 정상적으로 초기화된다.

 

남은 문제

애플리케이션에서 DB 트랜잭션을 적용하려면 서비스 계층이 매우 지저분해지고, 생각보다 매우 복잡한 코드를 요구한다. 추가로 커넥션을 유지하도록 코드를 변경하는 것도 쉬운 일은 아니다. 다음 시간에는 스프링을 사용해서 이런 문제 들을 하나씩 해결해본다.