[DB] 트랜잭션 #1 | 개념과 ACID 속성

🔎 트랜잭션 (Transaction)

대용량 데이터 동기화 등을 처리하다 보면 개발자가 트랙잭션을

어떻게 처리 하느냐에 따라 데이터의 정합성 등에 영향을 주게 된다. 

그래서 백엔드 개발자로서 트랜잭션은 중요한 개념이다.

 

트랜잭션과 관련된 내용은 많기 때문에 3부로 걸쳐 살펴보자.

 

[DB] 트랜잭션 #1 | 개념과 ACID 속성 - 현재 포스팅

[DB] 트랜잭션 #2 | concurrency control(Serializability, Recoverable)

[DB] 트랜잭션 #3 | Isolation level(격리 수준)과 이상 현상 (+면접 질문)

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개념과 ACID 속성

- 트랜잭션은 데이터베이스에서 하나의 논리적 기능을 수행하기 위한 작업의 단위를 말하며 데이터베이스에 접근하는 방법은 쿼리이므로, 즉 여러 개의 쿼리들을 하나의 묶는 단위를 말한다.

 

- 트랜잭션은 데이터의 정합성을 보장하기 위한 기능이다.

 

- 논리적인 작업 셋을 모두 완벽하게 처리(Commit)하거나 또는 처리하지 못할 경우에는 원 상태로 복구(Rollback)해서 작업의 일부만 적용되는 현상이 발생하지 않게 만들어주는 기능이다.

 

COMMIT

• 지금까지 작업한 내용을 DB에 영구적으로 저장한다.
• transaction을 종료한다.

ROLLBACK

• 지금까지 작업들을 모두 취소하고 transaction 이전 상태로 되돌린다.
• transaction을 종료한다.

AUTOCOMMIT

• 각각의 쿼리에 자동으로 transaction 처리를 해주는 개념
• 쿼리가 성공하면 자동으로 commit 한다.
• 실행 중에 문제가 생기면 rollback 한다.
• MySQL에서는 default로 autocommit이 enabled 되어 있다.
• MySQL에서 START TRANSACTION 실행을 하면 그 동시에 autocommit은 off 된다.
• COMMIT/ROLLBACK과 함께 transaction이 종료되면 원래 autocommit 상태로 돌아간다.

 

내용 참 많다. 두 줄 요약

트랜잭션은 데이터베이스에서 하나의 논리적 기능을 수행하기 위한 작업의 단위

all or nothing | 완료 -> Commit, 실패 -> Rollback

 

[  예시 : 계좌 간의 자금 이체 ]

한 계좌에서 10만 원을 인출하여 다른 계좌로 10만 원 입금하는 이체 작업은 전체 작업이 정상적으로 완료되거나, 만약 정상적으로 처리될 수 없는 경우에는 아무것도 실행되지 않은 처음 상태로 되돌려져야 한다.

 

더 자세하게 상황을 살펴보자.

 

주디가 송송에게 10만 원을 이체하려고 한다.

• 🐰 주디 계좌 : 200만 원
• 🐱 송송 계좌 : 100만 원

 

이때 두 가지 작업이 일어난다.

 

1) 🐰 주디 계좌 - 10만 원

UPDATE account SET balance = balance - 100000 WHERE id = "주디";

 

2) 🐱 송송 계좌 + 10만 원

UPDATE account SET balance = balance + 100000 WHERE id = "송송";

 

이때 이 두 작업 중 하나만 성공한다면 정상적인 작업이 아니다.

두 가지 작업 모두 성공해야 '이체'라는 기능이 성공하기 때문에 이 작업을 묶은 것을 트랜잭션이라고 한다.

 

[  예시 : MySQL ]

위의 예시를 MySQL로 살펴보자.

START TRANSACTION;
UPDATE account SET balance = balance - 100000 WHERE id = "주디";
UPDATE account SET balance = balance + 100000 WHERE id = "송송";
COMMIT;

 

트랜잭션이 종료되면 주디와 송송의 계좌에는 각각 190만 원, 110만 원이 있다.

• 🐰 주디 계좌 : 190만 원
• 🐱 송송 계좌 : 110만 원

이때 한번 더 작업을 수행한다.

 

UPDATE문이 수행된 직후 주디 계좌에는 180만 원이 있다.

START TRANSACTION;
UPDATE account SET balance = balance - 100000 WHERE id = "주디";
ROLLBACK;

이때 롤백하게 되면 주디 계좌에 돈은 다시 190만 원이 된다.

 

[  예시 : JAVA ]

트랜잭션 부분만 대략적으로 코드로 보자.

public void transfer(String fromId, String toId, int amount) {
        try {
            Connection connection = ...;      // get DB connection ..
            connection.setAutoCommit(false);  // means START TRANSACTION
            ...                               // update at fromId
            ...                               // update at toId
            connection.commit();
        } catch (Exception e) {
            ...
            connection.rollback();
            ...
        } finally {
            connection.setAutoCommit(true);
        }
}

 

 

스프링 부트에서는 @Transactional이라는 어노테이션으로 간단하게 구현할 수 있다.

 

 

✔️  트랜잭션  상태

위에서 알게된 Commit과 Rollback은 트랜잭션이 어떤 상태일 때 발생할 수 있을까

 

 

• Active: 트랜잭션이 실행 중이며 동작 중인 상태
• Partially Committed: 트랜잭션이 실행되고 데이터 변경을 DB에 적용 전 메모리 공간에만 변경해놓은 상태.
• Committed: 트랜잭션이 정상적으로 완료 상태. 즉 실제로 메모리에에서 DB에 데이터를 쓴 상태. Rollback 불가능.
• Failed: 오류로 트랜잭션 실패 상태.
• Aborted: 트랜잭션이 취소 상태. 트랜잭션 실행 이전 데이터로 돌아감.

 

✔️ ACID 속성

1) 원자성(Atomicity)

• 트랜잭션과 관련된 일이 모두 수행되었거나 되지 않았거나를 보장하는 특징이다.
• all or nothing
• Commit 이전에는 디스크에 쓰지 않고 메모리 버퍼에만 저장해 두었다가 중간에 실패하면 디스크에 반영하지 않는 방식

 

2) 일관성(Consistency)

• 트랜잭션이 완료된 다음의 상태에서도 트랜잭션이 일어나기 전의 상황과 동일하게 데이터의 일관성을 보장해야 한다.
• 그래서 constraints, trigger 등을 통해 DB에 정의된 rules을 transaction이 위반했다면 rollback 해야 한다.

[ 예시 : 주디 -> 송송 이체 ]

 

위에 예시를 다시 가지고 와서 주디와 송송의 계좌에는 현재 각각 200만 원, 100만 원이 있다.

• 🐰 주디 계좌 : 200만 원
• 🐱 송송 계좌 : 100만 원

 

이때 주디가 210만 원을 이체한다고 생각해 보자.

 

그럼 주디의 계좌는 -10만 원이 된다.

 

그런데 account 테이블에 balance가 음수가 될 수 없다는 제약사항이 있다.

 

CREATE TABLE account (
    ...,
    balance INT,
    check (balance >= 0)
)

 

그렇다면 210만 원을 이체하는 UPDATE문은 일관성을 깨뜨리기 때문에(Inconsistent) 실패하게 된다.

그래서 롤백한다.

 

 

3) 격리성(Isolation)

• 각각의 트랜잭션이 서로 간섭 없이 독립적으로 수행되는 것을 말한다.
• 복수의 병렬 트랜잭션은 서로 격리되어 마치 순차적으로 실행되는 것처럼 작동되어야 하고, 데이터베이스는 여러 사용자가 같은 데이터에 접근할 수 있어야 한다.
• 여러 종류의 isolation level을 제공한다. 

 

[ 예시 : 주디 -> 송송 이체, 송송 ATM -> 송송 입금 ]

 

동시에 트랜잭션이 실행하는 경우 문제가 생길 수 있다. 그래서 isolation은 트랜잭션에서 중요한 특징이다.

 

• 🐰 주디 계좌 : 200만 원
• 🐱 송송 계좌 : 100만 원

 

1) 주디 -> 송송 10만 원 이체 트랜잭션 시작!

< 🐰 주디 >

read(balance) => 200만 원

write(balance = 190만 원)

 

< 🐱 송송 >

read(balance) => 100만 원

2) 이때 송송이 자신의 계좌에 40만 원 입금 트랜잭션 시작

read(balance) => 100만 원

write(balance = 140만 원)

write(balance = 110만 원)

 

 

4) 지속성(Durability)

• 성공적으로 수행된(=커밋된) 트랜잭션은 영구적으로 데이터베이스에 작업의 결과가 저장되어야 한다.
• 시스템 장애가 발생해도 원래 상태로 복구하는 기능이 있다. (체크섬, 저널링, 롤백)

아래 그림처럼 완료된 상태에서 철회할 수 없다.

트랜잭션 상태 그림 일부

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❓ 왜 트랜잭션을 공부해야 할까

 

💡 transaction을 어떻게 정의하고 사용할지는 개발자의 역량이다.

구현하려는 기능과 ACID 속성을 이해해야 transaction을 적절하게 정의할 수 있다.

 

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📌  Reference

• [NAVER D2] DBMS는 어떻게 트랜잭션을 관리할까?
• 트랜잭션이란 무엇인가?
• 쉬운 코드 채널
• [DB] 트랜잭션이란?