[DB 접근 기술] 트랜잭션 (1)

[DB 접근 기술] 트랜잭션 (1)

2022. 5. 28. 01:38ㆍDatabase/DB 접근 기술

애플리케이션 구조

여러가지 애플리케이션 구조가 있지만, 가장 단순하면서 많이 사용하는 방법은 역할에 따라 3가지 계층으로 나누는 것이다.

이 3개의 계층 중 핵심 비즈니스 로직이 들어있는 서비스 계층이 가장 중요하다고 가히 말 할 수 있다.
시간이 흘러서 UI(웹)와 관련된 부분이 변하고, 데이터 저장 기술을 다른 기술로 변경될 순 있어도, 비즈니스 로직은 최대한 변경없이 유지되어야 한다.

이렇게 하려면 서비스 계층을 특정 기술에 종속적이지 않게 개발해야 한다.
--> 사실 계층을 나눈 이유도 서비스 계층을 순수하게 유지하기 위한 목적이 크다. 기술에 종속적인 부분은 프레젠테이션 계층, 데이터 접근 계층에서 가지고 간다.
--> 예를 들어서 HTTP API 를 사용하다가 GRPC 같은 기술로 변경해도 프레젠테이션 계층의 코드만 변경하고, JDBC를 사용하다가 JPA 로 변경해도 서비스 계층은 변경하지 않아도 된다.

정리하자면 서비스 계층은 가급적 비즈니스 로직만 구현하고 특정 구현 기술에 직접 의존해서는 안된다.

현재의 Service단 코드는 다음과 같다.

@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);
         memberRepository.update(toId, toMember.getMoney() + money);
     }
}

특정 기술에 종속적이지는 않으나

SQL Exception이라는 JDBC 기술에 의존하고 있으며
MemberRepositoryV1이라는 구체적인 클래스에 의존하고 있다.

1번은 Repository에서 올라오는 예외이므로 Repository에서 처리해야 하며, 2번은 MemberRepository 인터페이스를 도입하면 해결 가능하다.

이제 Service 계층에 트랜잭션을 적용해보자.

@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();
         try {
         	con.setAutoCommit(false); //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);
         }
     }
     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);
         memberRepository.update(con, toId, toMember.getMoney() + money);
     }
}

트랜잭션은 비즈니스 로직이 있는 서비스 계층에서 시작하는 것이 좋다.
그런데 문제는 트랜잭션을 사용하기 위해서 javax.sql.DataSource , java.sql.Connection , java.sql.SQLException 같은 JDBC 기술에 의존해야 한다는 점이다.
결과적으로 비즈니스 로직보다 JDBC를 사용해서 트랜잭션을 처리하는 코드가 더 많다. 향후 JDBC에서 JPA 같은 다른 기술로 바꾸어 사용하게 되면 서비스 코드도 모두 함께 변경해야 한다.

지금까지 우리가 개발한 애플리케이션의 문제점은 크게 3가지이다.

트랜잭션 문제 - 트랜잭션을 적용하기 위해 JDBC 구현 기술이 서비스 계층에 누수되었다. 또, 같은 트랜잭션을 유지하기 위해 데이터 접근 계층으로 커넥션을 파라미터로 넘겨야 한다.
예외 누수 문제 - Repository 계층의 JDBC 구현 기술 예외가 서비스 계층으로 전파됨
JDBC 반복 문제 - 지금까지 작성한 MemberRepository 코드는 순수한 JDBC를 사용했다. try~catch, 커넥션 열고 PreparedStatement 사용, 리소스 반환 등 반복되는 작업이 너무 많다.

스프링은 서비스 계층을 순수하게 유지하면서, 지금까지 이야기한 문제들을 해결할 수 있는 다양한 방법과 기술들을 제공한다. 지금부터 스프링을 사용해서 우리 애플리케이션이 가진 문제들을 하나씩 해결해보자

1. 트랜잭션 문제

트랜잭션을 사용하는 코드는 데이터 접근 기술마다 다르다. 만약 다음 그림과 같이 JDBC 기술을 사용하고, JDBC 트랜잭션에 의존하다가 JPA 기술로 변경하게 되면 서비스 계층의 트랜잭션을 처리하는 코드도 모두 함께 변경해야 한다.

따라서 트랜잭션을 추상화해야 한다.
아래와 같은 인터페이스를 만들어서 사용하면 된다.

public interface TxManager {
 begin();
 commit();
 rollback();
}

그리고 다음과 같이 TxManager 인터페이스를 기반으로 각각의 기술에 맞는 구현체를 만들면 된다.
JdbcTxManager : JDBC 트랜잭션 기능을 제공하는 구현체
JpaTxManager : JPA 트랜잭션 기능을 제공하는 구현체

서비스는 특정 트랜잭션 기술에 직접 의존하는 것이 아니라, TxManager 라는 추상화된 인터페이스에 의존한다. 이제 원하는 구현체를 DI를 통해서 주입하면 된다.
예를 들어서 JDBC 트랜잭션 기능이 필요하면 JdbcTxManager 를 서비스에 주입하고, JPA 트랜잭션 기능으로 변경해야 하면 JpaTxManager 를 주입하면 된다.

정말 고맙게도 스프링은 이미 트랜잭션을 추상화 해두었다. 우리는 스프링이 제공하는 트랜잭션 추상화 기술을 사용하면 된다. 심지어 데이터 접근 기술에 따른 트랜잭션 구현체도 대부분 만들어두어서 가져다 사용하기만 하면 된다.

스프링 트랜잭션 추상화의 핵심은 PlatformTransactionManager 인터페이스이다. 내부의 코드는 다음과 같다.

public interface PlatformTransactionManager extends TransactionManager {
TransactionStatus getTransaction(@Nullable TransactionDefinition definition)
throws TransactionException;
    void commit(TransactionStatus status) throws TransactionException;
    void rollback(TransactionStatus status) throws TransactionException;
}

PlatformTransactionManager와 그 구현체를 트랜잭션 매니저라고 한다.

스프링이 제공하는 트랜잭션 매니저는 크게 2가지 기능을 수행한다.

트랜잭션 추상화
리소스 동기화

1번은 바로 위에서 설명하였다.

리소스 동기화

트랜잭션을 유지하려면 트랜잭션의 시작부터 끝까지 같은 데이터베이스 커넥션을 유지해아한다. 결국 같은 커넥션을 동기화(맞추어 사용)하기 위해서 이전에는 파라미터로 커넥션을 전달하는 방법을 사용했다. 그러다보니 서비스 계층의 코드가 지저분해지고, 커넥션을 넘기는 메소드, 안넘기는 메소드를 중복해서 만들어야 한다는 단점이 존재했다.

스프링은 트랜잭션 동기화 매니저를 제공한다. 이것은 쓰레드 로컬( ThreadLocal )을 사용해서 커넥션을 동기화해준다. 트랜잭션 매니저는 내부에서 이 트랜잭션 동기화 매니저를 사용한다.
트랜잭션 동기화 매니저는 쓰레드 로컬을 사용하기 때문에 멀티쓰레드 상황에 안전하게 커넥션을 동기화 할 수 있다. 따라서 커넥션이 필요하면 트랜잭션 동기화 매니저를 통해 커넥션을 획득하면 된다. 따라서 이전처럼 파라미터로 커넥션을 전달하지 않아도 된다.

동작 방식

트랜잭션을 시작하려면 커넥션이 필요하다. 트랜잭션 매니저는 데이터소스를 통해 커넥션을 만들고 트랜잭션을 시작한다.
트랜잭션 매니저는 트랜잭션이 시작된 커넥션을 트랜잭션 동기화 매니저에 보관한다.
리포지토리는 트랜잭션 동기화 매니저에 보관된 커넥션을 꺼내서 사용한다. 따라서 파라미터로 커넥션을 전달하지 않아도 된다.
트랜잭션이 종료되면 트랜잭션 매니저는 트랜잭션 동기화 매니저에 보관된 커넥션을 통해 트랜잭션을 종료하고, 커넥션도 닫는다.

이제 기존의 Repository 코드에 트랜잭션 매니저를 적용해보자

public class MemberRepository{
	
    ...
	//CRUD 메소드
    
    
    private void close(Connection con, Statement stmt, ResultSet rs) {
         JdbcUtils.closeResultSet(rs);
         JdbcUtils.closeStatement(stmt);
         //주의! 트랜잭션 동기화를 사용하려면 DataSourceUtils를 사용해야 한다.
         DataSourceUtils.releaseConnection(con, dataSource);
    }
    
    private Connection getConnection() throws SQLException {
         //주의! 트랜잭션 동기화를 사용하려면 DataSourceUtils를 사용해야 한다.
         Connection con = DataSourceUtils.getConnection(dataSource);
         log.info("get connection={} class={}", con, con.getClass());
         return con;
	 }
}

기존의 코드는 아래와 같다.

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;
 }

getConnection() 에서 DataSourceUtils.getConnection() 를 사용한다.
DataSourceUtils.getConnection() 는 다음과 같이 동작한다.

트랜잭션 동기화 매니저가 관리하는 커넥션이 있으면 해당 커넥션을 반환한다.
트랜잭션 동기화 매니저가 관리하는 커넥션이 없는 경우 새로운 커넥션을 생성해서 반환한다.

close() 에서는 DataSourceUtils.releaseConnection() 를 사용하도록 변경되었다.
커넥션을 con.close() 를 사용해서 직접 닫아버리면 커넥션이 유지되지 않는 문제가 발생한다. 이 커넥션은 이후 로직은 물론이고, 트랜잭션을 종료(커밋, 롤백)할 때 까지 살아있어야 한다. DataSourceUtils.releaseConnection() 을 사용하면 커넥션을 바로 닫는 것이 아니다.

트랜잭션을 사용하기 위해 동기화된 커넥션은 커넥션을 닫지 않고 그대로 유지해준다.
트랜잭션 동기화 매니저가 관리하는 커넥션이 없는 경우 해당 커넥션을 닫는다.

이제 Service 계층에서는 트랜잭션 매니저를 주입 받는다.

public class MemberServiceV3_1 {
	 //트랜잭션 매니저를 주입받는다. 
     private final PlatformTransactionManager transactionManager; 
     private final MemberRepositoryV3 memberRepository;
     ...
 
     public void accountTransfer(String fromId, String toId, int money) throws
    SQLException {
     	//트랜잭션 시작
         TransactionStatus status = transactionManager.getTransaction(new
        DefaultTransactionDefinition());
        ...
        try{
            ...
        }catch{
            ...
        }

	}
}

트랜잭션 매니저의 동작 흐름

클라이언트의 요청으로 서비스 로직을 실행한다.

서비스 계층에서 transactionManager.getTransaction() 을 호출해서 트랜잭션을 시작한다.
트랜잭션을 시작하려면 먼저 데이터베이스 커넥션이 필요하다. 트랜잭션 매니저는 내부에서 데이터소스를 사용해서 커넥션을 생성한다.
커넥션을 수동 커밋 모드로 변경해서 실제 데이터베이스 트랜잭션을 시작한다.
커넥션을 트랜잭션 동기화 매니저에 보관한다.
트랜잭션 동기화 매니저는 쓰레드 로컬에 커넥션을 보관한다. 따라서 멀티 쓰레드 환경에 안전하게 커넥션을 보관할 수 있다.

6. 서비스는 비즈니스 로직을 실행하면서 리포지토리의 메서드들을 호출한다. 이때 커넥션을 파라미터로 전달하지 않는다.

7. 리포지토리 메서드들은 트랜잭션이 시작된 커넥션이 필요하다. 리포지토리는 DataSourceUtils.getConnection() 을 사용해서 트랜잭션 동기화 매니저에 보관된 커넥션을 꺼내서 사용한다. 이 과정을 통해서 자연스럽게 같은 커넥션을 사용하고, 트랜잭션도 유지된다.

8. 획득한 커넥션을 사용해서 SQL을 데이터베이스에 전달해서 실행한다.

9. 비즈니스 로직이 끝나고 트랜잭션을 종료한다. 트랜잭션은 커밋하거나 롤백하면 종료된다.

10. 트랜잭션을 종료하려면 동기화된 커넥션이 필요하다. 트랜잭션 동기화 매니저를 통해 동기화된 커넥션을 획득한다.

11. 획득한 커넥션을 통해 데이터베이스에 트랜잭션을 커밋하거나 롤백한다.

12. 전체 리소스를 정리한다. 트랜잭션 동기화 매니저를 정리한다. 쓰레드 로컬은 사용후 꼭 정리해야 한다. con.setAutoCommit(true) 로 되돌린 후 con.close() 를 호출해셔 커넥션을 종료한다. 커넥션 풀을 사용하는 경우 con.close() 를 호출하면 커넥션 풀에 반환된다.

트랜잭션 추상화 덕분에 서비스 코드는 이제 JDBC 기술에 의존하지 않는다.
이후 JDBC에서 JPA로 변경해도 서비스 코드를 그대로 유지할 수 있다.
또, 트랜잭션 동기화 매니저 덕분에 커넥션을 파라미터로 넘기지 않아도 된다.

기술 변경시 의존관계 주입만 DataSourceTransactionManager 에서 JpaTransactionManager 로 변경해주면 된다. 특정 기술에 의해 발생하는 예외인 java.sql.SQLException이 아직 남아있지만 이 부분은 다음 포스팅에서 해결한다.

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