[Spring DB 1편 듣고 복습, 토이 프로젝트 수정] 3. 트랜잭션 이해

트랜잭션 개념

데이터를 데이터베이스에 저장하는 이유는 트랜잭션 때문이다.

트랜잭션은 하나의 거래를 안전하게 처리하도록 보장해준다. 계좌 이체에서 A가 B에게 2000원을 보낸다고 했을 때, 두가지 일이 수행되어야 한다. 하나는 A의 잔고가 2000원 줄어드는 것. 또 하나는 B의 잔고가 2000원이 증가하는 것이다. 하지만, 만약 A의 잔고가 2000원 줄어들고, 오류가 나서 B의 잔고가 증가하지 않는다면 심각한 문제가 발생한다. 그래서 이때는 모든 일이 성공적으로 수행되면 커밋, 하나라도 실패하면 롤백되도록 해야한다.

 

트랜잭션 ACID

• Atomicity: 원자성. 트랜잭션 내에서 실행한 작업들은 하나의 작업인 것처럼 모두 성공하거나 모두 실패해야 한다.
• Consistency: 일관성. 모든 트랜잭션은 일관성있는 데이터베이스 상태를 유지해야 한다. 예를 들어, 무결성 제약 조건을 항상 만족해야 한다.
• Isolation: 격리성. 동시에 실행되는 트랜잭션들이 서로에게 영향을 미치지 않도록 해야한다. 예를 들어, 동시에 같은 데이터를 수정하지 못하도록 해야 한다. 
• Durablity: 지속성. 트랜잭션을 성공적으로 끝내면, 그 결과가 항상 기록되어야 한다. 중간에 문제가 발생해도, 로그 등을 사용해서 성공한 트랜잭션 내용을 복구해야 한다.

트랜잭션은 원자성, 일관성, 지속성을 보장하고, 격리성을 완벽히 보장하려면 트랜잭션을 거의 순서대로 실행해야 한다. 그렇게 되면 동시 처리 성능이 매우 나빠지게 되어 격리 수준을 4단계로 나누어 정의한다.

 

트랜잭션 격리 수준

• READ UNCOMMITED(커밋되지 않은 읽기) : 어떤 트랜잭션의 내용이 커밋이나 롤백되는 것과는 상관없이 다른 트랜잭션에서 조회 가능하다. 하지만 이렇게 되면 문제가 많아진다.
• READ COMMITTED(커밋된 읽기) : 한 트랜잭션의 변경 내용이 커밋되어야만 다른 트랜잭션에서 조회가 가능하다. 기본적으로 사용하는 격리 수준이다. 하지만, 한 트랜잭션에서 같은 것을 조회해도, 중간에 다른 트랜잭션에서 수정 후 커밋이 되었다면, 다른 값이 나오게 될 수 있다.
• REPEATABLE READ(반복 가능한 읽기) : 자신보다 늦게 시작된 트랜잭션이 변경한 데이터를 보여주지 않게 되어 한 트랜잭션에서 데이터를 일관되게 보여줄 수 있다.
• SERIALIZABLE(직렬화 가능) : 가장 엄격한 격리 수준이다. 순차적으로 진행시킨다.

---

데이터베이스 연결 구조와 DB 세션

데이터베이스 연결 구조 1

• 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 내부에 세션을 만들고, 앞으로 해당 커넥션을 통한 모든 요청은 세션을 통해서 실행된다.
• 개발자가 클라이언트를 통해 SQL을 전달하면 현재 커넥션에 연결된 세션이 SQL을 실행한다.
• 세션은 트랜잭션을 시작하고, 커밋이나 롤백을 통해 트랜잭션을 종료한다. 이후에 새로운 트랜잭션을 다시 시작할 수 있다.
• 사용자가 커넥션을 닫거나, DBA(DB 관리자)가 세션을 강제 종료 시키면 세션은 종료된다.

데이터베이스 연결 구조 2

• 커넥션 풀이 10개의 커넥션을 생성하면, 세션도 10개가 만들어진다.
• 이렇게 여러명의 사용자가 사용할 수 있고, 동작은 구조1에서와 같다.

---

트랜잭션

트랜잭션을 시작하고, 데이터 변경 쿼리를 실행하고, 데이터베이스에 결과를 반영하려면 커밋, 결과를 반영하고 싶지 않으면 롤백을 호출한다. 커밋이나 롤백을 호출하기 전까지는 임시로 데이터를 저장한다. 이 임시 저장 테이블은 해당 트랜잭션 사용자(세션)에게만 보이고, 다른 사용자(세션)에게는 보이지 않는다. (READ COMMITED)

 

만약 커밋하지 않은 데이터를 다른 곳에서 조회할 수 있다면? (세션1이 변경. 세션2가 볼 수 있다면)

• 세션2가 세션1이 변경한 데이터를 볼 수 있다면, 세션2는 그것을 가지고 로직을 수행할 수 있다. 그런데 세션1이 롤백을 수행하면, 변경한 데이터가 사라지게 되므로 데이터 정합성에 문제가 발생한다.

자동 커밋은 각각의 쿼리 실행 직후에 자동으로 커밋을 호출한다. 커밋이나 롤백을 호출하지 않아도 되는 편리함이 있지만, 트랜잭션 기능을 제대로 사용할 수 없다.

수동 커밋 모드로 설정하는 것을 트랜잭션을 시작한다고 볼 수 있다. 수동 커밋 모드에서는 쿼리 실행 이후에 commit이나 rollback을 꼭 호출해야 한다. 

set autocommit false; //수동 커밋 모드 설정

 

DB 락

세션1이 트랜잭션을 시작하고 데이터를 수정하는 동안 아직 커밋을 하지 않았는데, 세션2에서 동시에 같은 데이터를 수정하게 되면 트랜잭션의 원자성이 깨지게 되고, 세션1이 중간에 롤백을 하게 되면, 세션2는 잘못된 데이터를 수정하게 되는 문제가 발생한다.

이런 문제를 막으려면, 세션이 트랜잭션을 시작하고 데이터를 수정하고 커밋이나 롤백 전에는 다른 세션이 해당 데이터를 수정할 수 없도록 해야 한다. 이를 락(Lock)으로 해결한다.

 

세션1은 memberA의 잔고를 500원으로 변경하려하고, 세션2는 memberA의 잔고를 1000원으로 변경하려고 한다.

1. 세션1이 트랜잭션을 시작한다.
2. 세션1이 세션2보다 조금 더 빠르게 변경을 시도했다. 이때 락이 남아있으므로 세션1은 락을 획득한다.
3. 세션1은 락을 획득했으므로 해당 update sql을 수행한다.
4. 세션2는 트랜잭션을 시작한다.
5. 세션2도 변경을 하려고해서 락을 획득하려고 한다. 하지만 락이 없어서 락이 되돌아올 때까지 대기한다. 대기를 무한히 하는 것이 아니라 타임아웃까지 대기한다.
6. 세션1이 커밋을 수행하고, 커밋으로 트랜잭션이 종료됐으므로, 락을 반납한다.
7. 세션2가 락을 획득하고, update sql을 수행한다.
8. 세션2는 커밋을 수행하고, 커밋으로 트랜잭션이 종료됐으므로, 락을 반납한다.

여기서 락 타임아웃은 아래 코드로 설정한다.

SET LOCK_TIMEOUT <milliseconds>

 

데이터 변경이 아니라 일반적인 조회에서는 락을 사용하지 않는다.

• 세션1이 데이터를 변경하고 있고, 아직 커밋을 하기 전일 때, 세션2에서 데이터 조회는 할 수 있다. 
• 데이터를 조회할 때도 락을 획득하고 싶으면 'select for update' 구문을 사용하면 된다.
• 세션1이 조회 시점에 락을 가져가버리기 때문에 다른 세션에서 해당 데이터를 변경할 수 없다.
• 이 경우에도 트랜잭션을 커밋하면 락을 반납한다.

---

프로젝트에 적용

트랜잭션은 비즈니스 로직이 잇는 서비스 계층에서 시작해야 비즈니스 로직이 잘못되면 해당 비즈니스 로직으로 인해 문제가 되는 부분을 롤백할 수 있다. 그런데 트랜잭션을 시작하려면 커넥션이 필요하다. 결국 서비스 계층에서 커넥션을 만들고, 트랜잭션 커밋 이후에 커넥션을 종료해야 한다. 그리고 트랜잭션을 사용하는 동안 같은 커넥션을 유지해야 한다.

 

트랜잭션을 사용하는 동안 같은 커넥션을 유지하는 가장 쉬운 방법은 파라미터로 넘기는 것이다. 

 

트랜잭션을 테스트 하기위해 기존 프로젝트에 닉네임을 통해 유저 간 포인트를 거래할 수 있도록 'pointTransfer()', 'findByNickname()', 'updatePoint()', 'deleteByNickname()' 메서드들을 만들었다.

 

@Slf4j
@RequiredArgsConstructor
public class MemberServiceV2 {
    private final MemberRepositoryWithDBV2 memberRepository;
    private final DataSource dataSource;

    //커뮤니티 포인트 전송
    public void pointTransfer(String fromNickname, String toNickname, int point) throws SQLException {

        Connection con = dataSource.getConnection();
        try {
            con.setAutoCommit(false);
            bizLogic(con, fromNickname, toNickname, point);
            con.commit();
        } catch (Exception e) {
            con.rollback();
            throw new IllegalStateException(e);
        } finally {
            release(con);
        }
    }

    private void bizLogic(Connection con, String fromNickname, String toNickname, int point) throws SQLException {
        Member fromMember = memberRepository.findByNickname(con, fromNickname);
        Member toMember = memberRepository.findByNickname(con, toNickname);
        validation(toMember);
        memberRepository.updatePoint(con, fromNickname, fromMember.getPoint() - point);
        memberRepository.updatePoint(con, toNickname, toMember.getPoint() + point);
    }

    private void validation(Member toMember) {
        if(toMember.getNickname().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);
            }
        }
    }
}

public Member findByNickname(Connection con, String nickname) throws SQLException {
        String sql = "select * from member where nickname = ?";
        //넘어온 con을 사용하므로 con 생성X
        PreparedStatement pstmt = null;
        ResultSet rs = null;

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

            rs = pstmt.executeQuery();
            if(rs.next()){
                Member member = new Member();
                member.setId(rs.getLong("id"));
                member.setName(rs.getString("name"));
                member.setRegisterDate(rs.getDate("register_Date").toLocalDate());
                member.setLoginId(rs.getString("loginId"));
                member.setPassword(rs.getString("password"));
                member.setPoint(rs.getInt("point"));
                member.setNickname(rs.getString("nickname"));
                return member;
            } else {
                throw new NoSuchElementException("member not found nickname = " + nickname);
            }
        } catch (SQLException e) {
            log.error("db error ", e);
            throw e;
        } finally {
            //커넥션은 닫으면 안됨.
            JdbcUtils.closeResultSet(rs);
            JdbcUtils.closeStatement(pstmt);
        }
    }

public void updatePoint(Connection con, String nickname, int point) throws SQLException {
        String sql = "update member set point = ? where nickname = ?";
        //넘어온 con을 사용하므로 con 생성X
        PreparedStatement pstmt = null;

        try {
            pstmt = con.prepareStatement(sql);
            pstmt.setInt(1, point);
            pstmt.setString(2, nickname);
            int resultSize = pstmt.executeUpdate();
            log.info("resultSize = {}", resultSize);
        } catch (SQLException e) {
            log.error("DB error", e);
            throw e;
        } finally {
            //커넥션은 닫으면 안됨.
            JdbcUtils.closeStatement(pstmt);
        }
    }

public void deleteByNickname(String nickname) throws SQLException {
        String sql = "delete from member where nickname = ?";

        Connection con = null;
        PreparedStatement pstmt = null;

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

            pstmt.executeUpdate();
        } catch (SQLException e) {
            log.error("error", e);
            throw e;
        } finally {
            close(con, pstmt, null);
        }
    }

 

테스트

class MemberServiceV2Test {
    public static final String MEMBER_A = "memberA";
    public static final String MEMBER_B = "memberB";
    public static final String MEMBER_EX = "ex";
    private MemberRepositoryWithDBV2 memberRepository;
    private MemberServiceV2 memberService;

    @BeforeEach
    void before() {
        DriverManagerDataSource dataSource = new DriverManagerDataSource(URL,
                USERNAME, PASSWORD);
        memberRepository = new MemberRepositoryWithDBV2(dataSource);
        memberService = new MemberServiceV2(memberRepository, dataSource);
    }

    @AfterEach
    void after() throws SQLException {
        memberRepository.deleteByNickname("memberA");
        memberRepository.deleteByNickname("memberB");
        memberRepository.deleteByNickname("ex");
    }

    @Test
    @DisplayName("정상 이체")
    void accountTransfer() throws SQLException {
        //given
        Member memberA = new Member(MEMBER_A, "dj", "gogi", MEMBER_A, 10000);
        Member memberB = new Member(MEMBER_B, "yc", "fish", MEMBER_B, 10000);
        memberRepository.save(memberA);
        memberRepository.save(memberB);
        //when
        memberService.pointTransfer(memberA.getNickname(),
                memberB.getNickname(), 2000);
        //then
        Member findMemberA = memberRepository.findByNickname(memberA.getNickname());
        Member findMemberB = memberRepository.findByNickname(memberB.getNickname());
        assertThat(findMemberA.getPoint()).isEqualTo(8000);
        assertThat(findMemberB.getPoint()).isEqualTo(12000);
    }

    @Test
    @DisplayName("이체중 예외 발생")
    void accountTransferEx() throws SQLException {
        //given
        Member memberA = new Member(MEMBER_A, "dj", "gogi", MEMBER_A, 10000);
        Member memberEx = new Member(MEMBER_EX, "yc", "fish", MEMBER_EX, 10000);
        memberRepository.save(memberA);
        memberRepository.save(memberEx); //when
        assertThatThrownBy(() ->
                memberService.pointTransfer(memberA.getNickname(), memberEx.getNickname(),
                        2000))
                .isInstanceOf(IllegalStateException.class);
        //then
        Member findMemberA = memberRepository.findByNickname(memberA.getNickname());
        Member findMemberEx = memberRepository.findByNickname(memberEx.getNickname());
        //memberA의 돈이 롤백 되어야함
        assertThat(findMemberA.getPoint()).isEqualTo(10000);
        assertThat(findMemberEx.getPoint()).isEqualTo(10000);
    }
}