DB 트랜잭션 이론 완전 정복하기 - ACID, 동작 과정, 격리수준

트랜잭션이란?

데이터베이스에서 논리적 기능을 수행하기 위한 작업의 최소 단위

여러 쿼리를 묶어 하나처럼 처리

 

 

 

 

트랜잭션 ACID 속성

원자성(Atomicity)

트랜잭션 내에서 실행한 작업들은 모두 성공하거나 모두 실패해야 한다 (하나의 작업처럼 처리)

모두 성공 시 커밋, 하나라도 실패 시 롤백

 

일관성(Consistency)

모든 트랜잭션은 일관성 있는 데이터베이스 상태를 유지해야 한다

• 트랜잭션이 진행되는 중간에 데이터베이스가 변경되더라도 변경된 데이터베이스로 트랜잭션이 진행되는게 아니라 처음에 트랜잭션을 진행하기 위해 참조한 데이터베이스로 진행됨
• → 사용자는 일관성 있는 데이터를 볼 수 있게 됨

 

격리성(Isolation)

동시에 실행되는 동작들이 서로에게 영향을 미치지 않도록 격리해야 한다

• ex. 동시에 같은 데이터를 수정할 수 없어야 함

 

영속성(Durability)

트랜잭션을 성공적으로 끝내면 그 결과는 영구적으로 반영되어야 한다

 

 

 

 

트랜잭션 동작 원리

DB Connection

사용자는 WAS, DB 접근 툴 등의 클라이언트를 사용해서 데이터베이스 서버에 연결을 요청하고 커넥션을 맺어 DB 서버에 접근할 수 있다.

이때 데이터베이스 서버는 내부에 세션을 만들어 이 세션을 통해 커넥션을 통한 요청을 실행하게 된다.

하나의 세션 내 동작

트랜잭션은 하나의 세션 내에서 동작한다. (커밋 또는 롤백 → 세션 종료)

 

 

 

 

트랜잭션 동작 과정

데이터베이스는 기본적으로 auto commit 설정이 되어있음. 각 명령어마다 DB에서 자동으로 커밋을 해주는 셈.

트랜잭션은 하나의 논리 단위로 묶이는 작업들을 즉각적으로 반영되지 않도록 하는 것이기 때문에, 이 자동커밋을 해제하고 수동커밋 모드로 변경한다.

 

1. 활성(Active)

트랜잭션이 시작되면 활성 상태가 됨. 트랜잭션이 정상적으로 실행 중임을 의미

트랜잭션 성공 시 >

2-1. 부분완료(Partially Commited)

트랜잭션의 마지막까지 실행된 상태 (Commit 연산 실행 이전)

2-2. 완료(Committed)

트랜잭션이 성공적으로 종료되어 Commit 연산을 실행한 후의 상태

트랜잭션 실패 시 >

2-1. 실패(Failed)

트랜잭션 실행에 오류가 발생하여 중단된 상태

2-2. 철회(Aborted)

트랜잭션이 비정상적으로 종료되어 Rollback 연산을 수행한 상태

 

 

커밋과 롤백

Commit

모든 작업들을 정상 처리하겠다고 확정하는 명령어. 수행 시 하나의 트랜잭션 과정이 종료되며, 해당 처리들을 DB에 영구 저장하게 됨

Rollback

작업 중 문제가 발생한 경우 트랜잭션 처리 과정에서 발생한 변경사항을 취소하는 명령어. 수행 시 트랜잭션을 시작하기 이전 상태로 되돌아감 (예전에 커밋으로 저장한 상태로 복구되는 것)

• ‼️ DDL문(CREATE, DROP, ALTER, TRUNCATE)은 트랜잭션의 롤백 명령이 적용되지 않는다

 

 

MySQL의 트랜잭션

• 스토리지엔진대표적인 엔진으로 MyISAM과 InnoDB가 있는데, 트랜잭션 기능을 사용하려면 InnoDB를 써야 한다.
• 스토리지엔진에 따라 트랜잭션 지원 여부와 동작 방식(락 방식, 외래키 지원 여부, 동시성 처리율, 충돌 후 복구 가능성 등)이 달라진다.

 

 

 

 

트랜잭션 격리 수준 4단계

여러 트랜잭션이 동시에 처리될 떄, 특정 트랜잭션이 다른 트랜잭션의 변경 데이터를 어디까지 읽을 수 있게 할 것인가를 정의

격리 수준	Dirty Read	Non-repeatable Read	Phantom Read
READ UNCOMMITTED	발생	발생	발생
READ COMMITTED	해결	발생	발생
REPEATABLE READ	해결	해결	발생 (InnoDB는 대부분 해결)
SERIABLIZABLE	해결	해결	해결

격리 수준이 가장 낮은 단계 부터 READ UNCOMMITTED, READ COMMITTED, REPEATABLE READ, SERIABLIZABLE

 

READ UNCOMMITTED

가장 낮은 격리 수준. “커밋되지 않는 데이터도 읽는다” → Dirty Read 발생

• A 계좌 잔액을 1000 → 900으로 수정 중 (아직 커밋 x)
• 다른 트랜잭션이 이 값을 읽음 : 900으로 확인
• 이후 원래 트랜잭션이 Rollback

⇒ 읽었던 존재하지 않는 900은 잘못된 값이 됨

실무에서 거의 사용하지 않음

 

READ COMMITTED

“커밋된 데이터만 읽는다” → Dirty Read는 막을 수 있지만 Non-repeatable Read는 발생할 수 있다.

• A 계좌 잔액 조회 : 1000
• 다른 트랜잭션이 900으로 수정 후 커밋
• 원래 트랜잭션에서 다시 조회 : 900

⇒ 같은 트랜잭션 안에서도 조회 결과가 달라질 수 있음

 

REPEATABLE READ

“같은 트랜잭션에서는 항상 동일한 결과를 읽는다” → ****Non-repeatable Read를 방지,

SQL 표준 - Phantom Read 발생

MySQL InnoDB - 대부분의 경우 Phantom Read도 방지 (InnoDB의 기본 격리 수준에 해당)

 

Phantom Read

: 다른 트랜잭션에 의해 레코드가 추가/삭제 되는 경우에 동일 트랜잭션 내에서도 조회 결과가 달라지는 현상(없었다가 생기기도 하고 있었다가 없어지기도 해서 유령 읽기라고 한다)

 

MVCC

• Multi-Version Concurrency Control, 다중 버전 동시성 제어

: 변경 전의 레코드를 언두 공간에 백업해놓는 것
→ 변경 전/후의 데이터가 모두 존재. 트랜잭션이 롤백된 경우뿐 아니라 서로 다른 트랜잭션 간 접근할 수 있는 데이터를 세밀하게 제어 가능이를 통해 한 트랜잭션 내 동일한 결과를 보장한다.

• T-ID=10 B가 id = 50인 레코드 조회 : “Kim” 1건 조회 (아직 트랜잭션 종료 x)
• T-ID=12 A가 id = 50인 레코드를 “Park”로 갱신 → 데이터가 변경되고, 백업된 데이터가 언두 로그에 남음
• B가 다시 동일 select문 실행 : “Kim” 1건 조회

→ REPEATABLE READ는 트랜잭션 번호를 참고하기 때문에 자신보다 이후에 실행된 트랜잭션의 데이터가 존재한다면 언두 로그를 참고하여 데이터를 조회한다

✅ 일반적인 RDBMS는 MVCC 덕분에 조회 시 Phantom Read가 발생하지 않는다.

자신보다 나중에 실행된 트랜잭션이 추가한 레코드는 무시하기 때문

 

⁉️ 그럼 Phantom Read는 도대체 언제 발생할까

잠금이 사용되는 경우

• B가 SELECT FOR UPDATE로 베타적 잠금(비관적 잠금, 쓰기 잠금)을 걺 : 1건 조회
• A가 새로운 데이터를 삽입
• B가 동일한 잠금 쿼리로 다시 한 번 데이터를 조회 : 2건 조회

→ 일반적인 DBMS에는 갭락이 존재하지 않으므로 선택한 레코드만 잠금이 걸리고, 다른 트랜잭션이 새로운 레코드를 추가할 수 있다

 

⁉️ MVCC로 해결할 수 없을까

Nope. 잠금 있는 읽기(두 번째로 실행되는 SELECT FOR UPDATE)는 언두 로그가 아닌 테이블에서 수행되기 때문!

 

✅ 하지만 MySQL에는 갭 락이 존재하기 때문에 이 경우에도 Phantom Read가 발생하지 않는다

• B가 SELECT FOR UPDATE로 id = 50인 데이터 조회
  → id = 50인 레코드에는 레코드 락, id > 50 범위에는 갭 락으로 넥스트 키 락을 건다
• A가 id = 51인 데이터를 삽입 시도
• B의 트랜잭션이 종료(커밋 또는 롤백)될 때까지 기다리다가, 대기를 지나치게 오래할 경우 락 타임아웃이 발생하게 된다. 

❓ MySQL에서 Phantom Read가 발생하는 경우는 아예 없을까

ex. B가 잠금 없이 데이터 조회를 하고, A가 데이터를 추가 (바로 커밋) → B가 잠금 있는 조회 (테이블에서 조회)를 한다면 발생하겠지만, 일반적인 케이스 아님.

 

SERIABLIZABLE

가장 엄격한 격리 수준. “트랜잭션을 순차적으로 진행시킨다” → 여러 트랜잭션이 동일한 레코드에 동시 접근 불가

어떠한 데이터 부정합 문제도 발생하지 않지만 동시 처리 기능이 매우 떨어져 실무에서는 잘 사용하지 않는다.

 

 

 

 

 

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참고 블로그

https://stonehee99.tistory.com/33

데이터베이스 트랜잭션 완전 가이드 - 개념부터 ACID, MySQL, 격리 수준, 스프링 적용까지

https://inpa.tistory.com/entry/MYSQL-📚-트랜잭션Transaction-이란-💯-정리

[MYSQL] 📚 트랜잭션(Transaction) 개념 & 사용 💯 완벽 정리

https://innovation123.tistory.com/61

[Database] 트랜잭션의 동작 원리와 ACID 속성

https://mangkyu.tistory.com/299

[MySQL] 트랜잭션의 격리 수준(Isolation Level)에 대해 쉽고 완벽하게 이해하기