[DB 접근 기술] 트랜잭션 이해

트랜잭션 - 개념 이해

데이터를 저장할 때 파일이 아니라 DB에 저장하는 이유는 무엇일까
가장 대표적인 이유로 DB는 트랜잭션이라는 개념을 지원하기 때문이다.

트랜잭션은 하나의 거래를 안전하게 처리하도록 보장해주는 것을 뜻한다.
이는 생각보다 고려해야 할 점이 많다. A가 B에게 5000원을 송금한다면, A의 잔고를 5천원 감소하고, B의 잔고를 5천원 증가해야 한다. 이 과정이 하나의 트랜잭션 안에서 이루어져야 한다.

1. A의 잔고 5천원 감소
2. B의 잔고 5천원 증가

만약 1번은 성공했는데 2번에서 시스템 문제가 발생한다면 A의 돈만 파쇄된 것이다. DB가 제공하는 트랜잭션 기능을 사용하면 1,2 둘 다 성공해야 저장하고 둘 중에 하나라도 실패하면 거래 전의 상태로 돌아갈 수 있다.
모든 작업이 성공해서 DB에 반영하는 것을 커밋(commit)이라고 하고, 작업 중 실패해 이전 상태로 돌아가는 것을 롤백(rollback)이라고 한다. 

트랜잭션 ACID

트랜잭션은 ACID라고 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 데이터를 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.

트랜잭션 간에 격리성을 완벽히 보장하려면 트랜잭션을 거의 순서대로 실행해야 한다. 이 경우 동시 처리 성능이 매우 나빠지니 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)

아래로 내려갈 수록 격리 수준이 높아지며, 동시 처리 성능이 낮아진다. Isolation level READ UNCOMMITED(커밋되지 않은 읽기) 수준에서는 어떤 트랜잭션 내에서 CRUD 한 결과를 COMMIT 하지 않아도, 다른 트랜잭션에서 조회가 가능하다. 

데이터베이스 연결 구조와 DB 세션 

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

사용자는 WAS, DB접근 툴 등의 클라이언트를 사용해 DB 서버에 접근 가능하다. 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.
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. 

만약, 커넥션 풀이 10개의 커넥션을 생성하면, 세션도 10개 만들어진다.

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자동 커밋, 수동 커밋

아래와 같은 스키마를 사용한다.

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

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

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 ('data1',10000);
insert into member(member_id, money) values ('data2',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. 
커넥션을 사용하고 반환할때, autocommit 모드를 true로 해야 추후에 문제가 없다.

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트랜잭션 - 예제: 계좌이체

다음 3가지 상황이 있다.

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

먼저 계좌이체가 발생하는 정상 흐름을 알아보자.

먼저 기본 데이터를 위와같이 설정한다.

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

이제 계좌이체를 실행해보자.
memberA 의 돈을 memberB 에게 2000원 계좌이체하는 트랜잭션을 실행한다.
다음과 같은 2번의 update 쿼리가 수행되어야 한다.

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

업데이트 쿼리를 실행한 수 커밋을 실행하면 데이터베이스에 결과가 반영된다.

다른 세션에서도 memberA와 memberB의 돈이 성공적으로 변경된 것을 확인할 수 있다.

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계좌이체 문제 상황 - 커밋

이번에는 계좌이체 중 문제가 발생하는 상황을 알아보자.
기본 데이터는 이전과 동일하게 설정한다.

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

이번에도 A -> B로 계좌이체를 실행하는데, 도중에 SQL에 문제가 발생한다.
그래서 memberA 의 돈을 2000원 줄이는 것에는 성공했지만, memberB 의 돈을 2000원 증가시키는 것에 실패한다.
두 번째 SQL은 member_iddd 라는 필드에 오타가 있다. 두 번째 update 쿼리를 실행하면 SQL 오류가 발생하는 것을 확인할 수 있다.

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

만약 이 상황에서 강제로 commit 을 호출하면 어떻게 될까?
계좌이체는 실패하고 memberA 의 돈만 2000원 줄어드는 아주 심각한 문제가 발생한다.

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

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계좌이체 문제 상황 - 롤백

중간에 문제가 발생했을 때 롤백을 호출해서 트랜잭션 시작 시점으로 데이터를 원복해보자
기본 데이터 세팅은 위와 동일하다.

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

위의 커밋한 상황과 마찬가지로 SQL 오류가 발생해서 계좌이체가 실패한 상황이다.

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

이럴 때는 롤백을 호출해서 트랜잭션을 시작하기 전 단계로 데이터를 복구해야 한다.
롤백을 사용한 덕분에 계좌이체를 실행하기 전 상태로 돌아왔다. memberA 의 돈도 이전 상태인 10000 원으로 돌아오고, memberB 의 돈도 10000 원으로 유지되는 것을 확인할 수 있다.