[데이터베이스] 트랜잭션과 무결성

트랜잭션

트랜잭션은 데이터베이스에서 하나의 논리적 기능을 수행하기 위한 작업의 단위를 의미합니다. 데이터베이스에 접근하는 방법은 쿼리이므로, 즉 여러 개의 쿼리들을 하나로 묶는 단위를 의미합니다. 이러한 트랜잭션의 특징은 원자성, 일관성, 독립성, 지속성이 있으며 이를 한꺼번에 ACID 특징이 있습니다.

트랜잭션의 특징

원자성(Atomicity) = "All or Nothing"

원자성(Atomicity)는 트랜잭션과 관련된 일이 모두 수행되거나 되지 않았거나를 보장하는 특징을 의미합니다. 예를 들어 트랜잭션을 커밋했는데 문제가 발생하여 롤백하는 경우 그 이후에 모두 수행되지 않음을 보장하는 것을 의미합니다.

커밋(commit)

커밋(commit)은 여러 쿼리가 성공적으로 처리되었다고 확정하는 명령어입니다. 트랜잭션 단위로 수행되며 변경된 내용이 모두 영구적으로 저장되는 것을 의미합니다. "커밋이 수행되었다"를 "하나의 트랜잭션이 성공적으로 수행되었다"라고 말합니다.

 

 

그림처럼 update, insert, delete의 쿼리가 하나의 트랜잭션 단위로 수행되고 이후에 데이버테이스에 영구 저장됩니다.

롤백(rollback)

에러나 이슈 때문에 트랜잭션 전으로 돌려야 할 때 롤백을 사용합니다. 롤백(rollback)은 트랜잭션으로 처리한 하나의 묶음 과정을 일어나기 전으로 돌리는 일(취소)을 의미합니다.

 

 

커밋과 롤백 덕분에 데이터의 무결성이 보장되며 데이터 변경 전에 변경 사항을 쉽게 확인할 수 있고 해당 작업을 그룹화 할 수 있습니다.

트랜잭션 전파

트랜잭션을 수행할 때 커넥션 단위로 수행하기 때문에 커넥션 객체를 넘겨서 수행해야 합니다. 하지만 이를 매번 넘겨주기가 어렵기도 하고 귀찮기도 합니다. 이를 넘겨서 수행하지 않고 여러 트랜잭션 관려 메서드의 호출을 하나의 트랜잭션에 묶이도록 하는 것을 트랜잭션 전파라고 합니다.

@Service
@Transational(readOnly = true)
public class MemberService {
    private final MemberRepository memberRepository

    public MemberRepository(MemberRepository memberRepository){
        this.memberRepository = memberRepository;
    }
}

코드처럼 Spring 프레임워크에서는 @Transational 어노테이션을 통해 여러 쿼리 관련 코드들을 하나의 트랜잭션으로 처리합니다.

일관성(Consistency)

일관성(Consistency)은 '허용된 방식'으로만 데이터를 변경해야 하는 것을 의미합니다. 데이터베이스에 기록된 모든 데이터는여러 가지 조건, 규칙에 따라 유효함을 가져야 합니다.

격리성(Isolation)

격리성(Isolation)은 트랜잭션 수행 시 서로 끼어들지 못하는 것을 의미합니다. 복수의 병렬 트랜잭션은 서로 격리되어 마치 순차적으로 실행되는 것처럼 작동되어야 하고, 데이터베이스는 여러 사용자가 같은 데이터에 접근할 수 있어야 합니다. (순차적으로 하면 쉽게 되겠지만 성능이 나빠지게 됩니다.)

 

 

격리 수준은 SERIALIZABLE, REPEATABLE_READ, READ_COMMITTED, READ_UNCOMMITED가 있으며 위로 갈수록 동시성이 강해지지만 격리성이 약해지며, 아래로 갈수록 동시엉은 약해지고 격리성이 강해집니다.

REPEATABLE_READ는 Phantom Read, READ_COMMITTED는 Phantom Read, Non-Repeatable Read가 발생하며 READ_UNCOMMITED는 Phantom Read, Non-Repeatable Read, Dirty-Read가 발생할 수도 있습니다.

격리 수준에 따라 발생하는 현상

격리 수준에 따라 발생하는 현상은 Phantom Read, Non-Repeatable Read, Dirty-Read가 있습니다.

Phantom Read

Phantom Read는 한 트랜잭션 내에서 동일한 쿼리를 보냈을 때 해당 조회 결과가 다른 경우를 의미합니다.

예를 들어 사용자 A가 회원 테이블에서 age가 12 이상인 회원들을 조회하는 쿼리를 보낸다고 하였을 때 이 결과로 세 개의 테이블이 조회한다고 가정해봅시다. 그다음 사용자 B가 age가 15인 회원 레코드를 삽입합니다. 그러면 그다음 세 개가 아닌 네 개의 텥이블이 조회되는 것을 의미합니다.

Non-Repeatable Read

Non-Repeatable Read(반복 가능하지 않은 조회)는 한 트랜잭션 내의 같은 행에 두 번 이상 조회가 발생했는데 그 값이 다른 경우를 가리킵니다. 예를 들어 사용자 A가 큰돌의 보석 개수가 100개라는 값을 가진 데이터였는데, 그 이후 사용자 B가 그 값을 1로 변경해서 커밋했다고 하면 사용자 A는 100이 아닌 1을 읽게 됩니다.

Phantom Read와 다른 점은 반복 가능하지 않은 조회는 행 값이 달라질 수도 있는데 Phantom Read는 다른 행이 선택될 수도 있다는 것을 의미합니다.

Dirty Read

Dirty-Read는 반복 가능하지 않은 조회와 유사하며 한 트랜잭션이 실행 중일 때 다른 트랜잭션에 의해 수정되었지만 아직 '커밋되지 않은' 행의 데이터를 읽을 수 있을 때 발생합니다. 예를 들어 사용자 A가 큰돌의 보석 개수 100을 1로 변경한 내용이 '커밋되지 않은' 상태라도 그 이후 사용자 B가 조회한 결과가 1로 나오는 경우를 의미합니다.

격리 수준

SERIALIZABLE

SERIALIZABLE는 트랜잭션을 순차적으로 진행시키는 것을 의미합니다. 여러 트랜잭션이 동시에 같은 행에 접근할 수 없습니다.

 

이 수준은 매우 엄격한 수준으로 해당 행에 대해 격리시키고 이후 트랜잭션이 이 행에 대해 일어난다면 기다려야 합니다. 그렇기 때문에 교착 상태가 일어날 확률도 많고 가장 성능이 떨어지는 격리 수준을 의미합니다.

REPEATABLE_READ

REPEATABLE_READ는 하나의 트랜잭션이 수정한 행을 다른 트랜잭션이 수정할 수 없도록 막아주지만 새로운 행을 추가하는 것을 막지 않습니다. 따라서 이후에 추가된 행이 발견될 수도 있습니다. 이는 MySQL8.0의 innoDB 기본값이디고 합니다.

READ_COMMITTED

READ_COMMITTED는 가장 많이 사용되는 격리 수준이며 PostgreSQL, SQL Server, 오라클에서 기본값으로 설정되어 있습니다. READ_UNCOMMITED와는 달리 다른 트랜잭션이 커밋하지 않은 정보는 읽을 수가 없습니다. 즉 커밋 완료된 데이터에 대해서만 조회를 허용합니다.

 

하지만 어떤 트랜잭션이 접근한 행을 다른 트랜잭션이 수정할 수 있습니다. 예를 들어 트랜잭션 A가 수정한 행을 트랜잭션 B가 수정할 수도 있습니다. 이 때문에 트랜잭션 A가 같은 행을 다시 읽을 때 다른 내용이 발견될 수 있습니다.

READ_UNCOMMITED

READ_UNCOMMITED는 가장 낮은 격리 수준으로, 하나의 트랜잭션이 커밋되기 이전에 다른 트랜잭션에 노출되는 문제가 있지만 가장 빠른 격리 수준입니다. 데이터 무결성을 위해 되도록이면 사용하지 않는 것이 이상적이며 몇몇 행이 제대로 조회되지 않더라도 괜찮은 거대한 양의 데이터를 '어림잡아' 집계하는 데 사용하면 좋습니다.

지속성(Durability)

지속성(Durability)는 성공적으로 수행된 트랜잭션은 영원히 반영되어야 한다는 것을 의미합니다. 이는 데이터베이스에 시스템 장애가 발생하더라도 원래 상태로 복구하는 회복 기능이 있어야 함을 뜻합니다. 데이터베이스는 이를 위해 체크섬, 저널링, 롤백 등의 기능을 제공합니다.

 

체크섬

• 중복 검사의 한 형태로 오류 정정을 통해 송신된 자료의 무결성을 보호하는 단순한 방법입니다.

저널링

• 파일 시스템 또는 데이터베이스 시스템에 변경 사항을 반영(commit)하기 전에 로깅하는 것, 트랜잭션등 변경 사항에 대한 로그를 남기는 것을 의미합니다.

무결성

무결성이란 데이터의 정확성, 일관성, 유효성을 유지하는 것을 의미합니다. 무결성이 유지되어야 데이터베이스에 저장된 데이터 값과 그 값에 해당하는 현실 세계의 실제 값이 일치하는지에 대한 신뢰가 생깁니다.

무결성의 종류

이름	설명
개체 무결성	기본키로 선택된 필드는 빈 값을 허용되지 않습니다.
참조 무결성	서로 참조 관계에 잇는 두 테이블의 데이터는 항상 일관된 값을 유지해야 합니다.
고유 뮤결성	특정 속성에 대해 고유한 값을 가지도록 조건이 주어진 경우 그 속성 값을 모두 고유한 값을 가집니다.
NULL 무결성	특정 속성 값에 NULL이 올 수 없다는 조건이 주어진 경우 그 속성 값은 NULL이 될 수 없다는 제약 조건입니다.