DB Transaction & Lock

트랜잭션(Transaction)?

정의

• 트랜잭션은 데이터베이스 상태를 변화시키기 위해서 수행하는 작업의 단위를 뜻하고, 이 작업의 완전성을 보장해주는 기능이다.

• 데이터베이스 상태를 변화시킨다는 것은 CRUD를 위해 데이터베이스에 접근하는 것을 의미한다.

• 사용자 입장에서는 작업의 논리적인 단위로 이해할 수 있고, 시스템의 입장에서는 데이터들을 접근 또는 변경하는 프로그램의 단위가 된다.

특징

• 원자성(Atomicity)

  • 트랜잭션이 데이터베이스에 모두 반영되거나, 전혀 반영되지 않아야한다는 것

• 일관성(Consistency)

  • 트랜잭션의 작업 처리 결과가 항상 일관성이 있어야 한다는 것

  • 트랜잭션이 진행되는 동안에는 데이터베이스가 변경 되더라도 업데이트된 데이터베이스로 트랜잭션이 진행되는 것이 아니라, 처음에 트랜잭션을 진행하기 위해 참조한 데이터베이스로 진행된다.

• 독립성(Isolation)

  • 둘 이상의 트랜잭션이 동시에 실행되고 있을 경우 어떤 하나의 트랜잭션이라도, 다른 트랜잭션의 연산에 끼어들 수 없다는 점을 가리킨다. 각각의 트랜잭션은 서로 간섭없이 독립적으로 수행되어야 한다.

• 지속성(Durability)

  • 트랜잭션이 성공적으로 완료 되었을 경우, 영구적으로 반영되어야 한다는 점이다.

트랜잭션의 상태 변화와 트랜잭션 제어어

동시성 제어 기법

• 락킹(locking): 트랜잭션이 데이터에 잠금(lock)을 설정하면 다른 트랜잭션은 해당 데이터에 대해 잠금이 해제(unlock)될 때까지 접근/수정/삭제가 불가하다.

• 타임스탬프(timestamp): 시스템에서 생성하는 고유 번호인 타임스탬프를 트랜잭션에 부여함으로써 트랜잭션간의 접근 순서를 미리 정한다.

• 낙관적 적합성 검증: 먼저 트랜잭션을 수행하고 트랜잭션을 종료할 때 적합성을 검증하여 데이터베이스에 최종 반영한다.

• 다중 버전 제어기법:하나의 데이터 아이템에 대해 여러 버전의 값을 유지한다.

트랜잭션 vs Lock

잠금(Lock)은 동시성을 제어하기 위한 기능이고, 트랜잭션은 데이터의 정합성을 보장하기 위한 기능이다. 트랜잭션은 데이터에 대한 액세스를 예비할당(reservation)하는데, 이 예비할당을 잠금이라고 한다.

• 잠금은 여러 커넥션에서 동시에 동일한 자원(record or table)을 요청할 경우, 순서대로 한 시점에는 하나의 커넥션만 변경할 수 있게 해준다.

• 트랜잭션은 하나의 논리적인 작업 셋 자체가 완전히 적용될 수 있음을 보장한다.

실제로 내가 진행한 Rails 프로젝트에서는 트랜잭션의 특징 중 '독립성'을 잘못 이해한 나머지 record 동시접근을 막기 위해 ActiveRecord::Base transaction 문을 선언했었다가 시행착오를 겪었다. Rails는 별다른 설정을 하지 않으면 연결된 DB에 따라 default로 설정되는 트랜잭션 격리 레벨이 다른데, 내가 썼던 PostgreSQL의 경우 read uncommited 레벨로 격리되었기 때문이다. 그래서 Record 자체에 lock을 거는 형식으로 수정했다.지나고보니 이 방식은 임시 방편이었을 뿐 비용이 너무 크다! 한 마디로 철이 없었다..;

트랜잭션의 상태

트랜잭션의 상태는 아래 5개로 나눌 수 있다.

• Active: 트랜잭션의 활동 상태. 트랜잭션이 실행 중이며 동작 중인 상태를 말한다.

• Partially Committed: 트랜잭션의 Commit 명령이 도착한 상태. 트랜잭션의 commit 이전 sql 문이 수행되고, commit 만 남은 상태를 말한다.

• Failed: 트랜잭션 실패 상태. 트랜잭션이 더 이상 정상적으로 진행할 수 없는 상태를 말한다.

• Committed: 트랜잭션 완료 상태. 트랜잭션이 정상적으로 완료된 상태를 말한다.

• Aborted: 트랜잭션이 취소된 상태. 트랜잭션이 취소되고 트랜잭션 실행 이전 데이터로 돌아간 상태를 말한다.

Commit 요청이 들어오면 상태는 Partial Commited 상태가 된다. 이후 Commit을 문제 없이 수행할 수 있으면 Committed 상태로 전이되고, 만약 오류가 발생하면 Failed 상태가 된다. 즉, Partial Commited 는 Commit 요청이 들어왔을 때를 말하며, Commited 는 Commit을 정상적으로 완료한 상태를 말한다.

트랜잭션을 사용할 때의 주의할 점

트랜잭션은 아래 이유에서 꼭 필요한 최소의 코드에만 적용하는 것이 좋다.

• 일반적으로 데이터베이스 커넥션은 개수가 제한적이다. 그런데 각 단위의 프로그램이 커넥션을 소유하는 시간이 길어진다면 사용 가능한 여유 커넥션의 개수가 줄어들게 된다. 이는 '교착 상태'를 유발할 수 있다.

트랜잭션에서 교착상태(Deadlock)?

뮤택스나 세마포어를 다룰 때 만났던 그 교착 상태(Deadlock)가 맞다. 두 개의 트랜잭션이 특정 자원(record 또는 table)의 lock을 획득한 채 다른 트랜잭션이 소유하고 있는 잠금을 요구하면 아무리 기다려도 상황이 바뀌지 않는 '교착 상태'에 빠질 수 있는 것이다. 예시

교착상태의 빈도를 낮추는 방법은?

• 트랜잭션이 잠금을 유지하는 시간을 줄인다.

  • 트랜잭션에서 실행하는 작업의 수를 줄인다.

  • 트랜잭션을 둘 이상의 더 짧은 트랜잭션으로 분할하여 자주 커밋한다.

• 정해진 순서로 테이블에 접근한다. 가령 테이블 B->A의 순으로 접근하는 트랜잭션과 테이블 A->B로 순으로 접근하는 트랜잭션을 혼재키는게 아니라 통일하는 식이다.

• 읽기 잠금 획득(SELECT)의 사용을 피한다. 가령 MySQL에서 SERIALIZABLE 격리 수준에서는 모든 SELECT 쿼리에 자동적으로 LOCK IN SHARE MODE가 덧붙여져서 실행되는 효과가 나서 읽기 잠금을 걸고 레코드를 읽게 된다.

• 한 테이블의 복수 행을 복수의 연결에서 순서 없이 갱신하면 교착상태가 발생하기 쉽다. 이 경우에는 테이블 단위의 잠금을 획득해 갱신을 직렬화하면 동시성은 떨어지지만 교착상태를 회피할 수 있다.

트랜잭션 교착상태 발생시 해결방법은?

데드락과 관련되는 트랜잭션 가운데 하나를 희생자(victim) 삼아 abort 하는 것이다.

참고

• https://mommoo.tistory.com/62
• interview question for beginner
• 코딩팩토리
• 잠금