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

🔎 트랜잭션 (Transaction)

2부에서 concurrency control(Serializability, Recoverability)에 대해서 알아봤다.

트랜잭션의 Isolation이 제대로 유지되려면 복수의 트랜잭션을 동시에 실행할 경우, 이상 현상이 일어나지 않도록 한다.

이것을 보장하기 위한 중요한 속성이 Serializability과 Recoverable이다.

즉, 이 두 가지 속성이 보장될 수 있도록 해야 한다.

하지만 이때 동시에 처리할 수 있는 트랜잭션의 수가 줄어들어서 DBMS의 퍼포먼스가 하락한다는 단점이 있다.

 

이를 해결하기 위해 DBMS의 concurrency control은 여러 종류의 Isolation level을 제공해서

개발자가 데이터 정합성과 성능 사이에서 어느 정도 트레이드 할 수 있도록 한다.

 

 📑 목차

[DB] 트랜잭션 #1 | 개념과 ACID 속성
[DB] 트랜잭션 #2 | concurrency control(Serializability, Recoverable)
[DB] 트랜잭션 #3 | Isolation level(격리 수준)과 이상 현상 (+면접 질문) - 현재 포스팅

 

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Isolation level에 대해 학습하기 전 Isolation이 안될 때 나타날 수 있는 현상들에 대해 먼저 살펴보자.

 

✔️  격리 수준에 따라 발생하는 현상

 

1) DIRTY READ (더티 리드)

• 어떠한 트랜잭션에서 처리한 작업이 완료되지 않았음에도 불구하고 다른 트랜잭션에서 볼 수 있게 되는 현상.
• ex) 사용자  A가 키를 171에서 177로 변경한 내용이 '커밋되지 않은' 상태라도 그 이후 사용자 B가 조회한 결과가 177로 나오는 경우를 말한다.

이전 2부 Unrecoverable schedule에 대한 예시에서 더티 리드에 대해서 언급했다.

 

[ 예시 ]

R2(B) - W2(B)가 한 작업을 R1(B) - W1(B)가 작업했고 이미 커밋했기 때문에 durability(지속성) 속성 때문에 rollback2를 할 수 없다.
트랜잭션2가 작업이 완료되지 않은 상태에서 트랜잭션1이 읽는 경우가 DIRTY READ(더티 리드)이다.

Unrecoverable schedule : R1(A) - W1(A) - R2(B) - W2(B) - R1(B) - W1(B) - commit1- rollback2

 

 

2) NON-REPEATABLE READ (반복 가능하지 않은 조회, FUZZY READ)

• 동일한 SELECT 쿼리를 실행했을 때 항상 같은 결과를 보장해야 한다는 "REPEATABLE READ" 정합성에 어긋나는 현상.
• 한 트랜잭션 내의 같은 행에 두 번 이상 조회가 발생했는데, 그 값이 다른 현상이다.

 

[ 예시 ]

 

떡볶이 가격이 3000원이다. 트랜잭션1 내에서 같은 데이터를 두 번 Read를 했는 데 다른 값이 나왔다.

Isolation 속성에 따르면 복수의 트랜잭션이 동시에 실행해도 마치 혼자 실행하는 것처럼 동작해야 한다.

그런데 트랜잭션2에 영향을 받고 있다. 이것은 이상 현상이다.

R1(A) : 3000 - R2(A) : 3000 - W2(A) : 5000 - commit2 - R1(A) : 5000 - commit1

 

 

3) PHANTOM READ (팬텀 리드)

• 한 트랜잭션 내에서 동일한 쿼리를 두 번 보냈을 때, 첫 번째 쿼리에서 존재하지 않던 유령(Phantom) 레코드가 두 번째 쿼리에서 나타나는 현상.
• ex) 사용자 A가 물품 테이블에 금액이 5000원 이상인 물품을 조회하는 쿼리를 보냄. -> 3개 조회됨. -> 사용자 B가 금액이 6000원인 물품 레코드를 삽입한다. -> 그다음은 4개가 조회됨.

 

 

당연히 이런 이상 현상은 발생하면 안 된다.

하지만 이런 이상 현상을 모두 발생하지 않게 한다면 제약사항이 많아져 동시 처리 가능한 트랜잭션 수가 줄어들게 된다.

그러면 결국 DB의 전체 처리량(throughput)이 하락하게 된다.

 

그래서 일부 이상 현상은 허용하는 몇 가지 level을 만들어 개발자가 필요에 따라 적절하게 선택할 수 있도록 4단계로 그 수준을 분리했다.

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 트랜잭션 격리 수준 (Isolation level)

SQL 표준에서 정의된 Isolation level

 

아래 표로 알 수 있듯이 엄격해질수록 이상 현상을 허용하지 않는다.

 

격리 수준은 세 가지 이상 현상을 정의한 뒤 어떤 현상을 허용하는지에 따라서 Isolation level이 나뉜다.

그래서 개발자는 이 Isolation level을 통해 전체 처리량(throughput)과 데이터 일관성 사이에서 trade할 수 있다.

 

1) READ UNCOMMITTED (커밋되지 않은 읽기) (팬텀 리드, 반복 가능하지 않은 조회, 더티 리드)

• 다른 트랜잭션에서 커밋되지 않은 내용도 조회할 수 있다.
• 무결성을 위해 사용하지 않는 것이 좋다.

 

2) READ COMMITTED (커밋된 읽기) (팬텀 리드, 반복 가능하지 않은 조회)

• 다른 트랜잭션에서 커밋된 데이터만 조회할 수 있다.
• 하지만 어떤 트랜잭션이 접근한 행을 다른 트랜잭션이 수정할 수 있다.
• 가장 많이 사용되는 격리 수준, 많은 데이터베이스의 default 값

 

3) REPEATABLE READ (반복 가능한 읽기) (팬텀 리드)

• 트랜잭션에 진입하기 이전에 커밋된 내용만 조회할 수 있다.
• 하나의 트랜잭션이 수정한 행을 다른 트랜잭션이 수정할 수 없도록 막아주지만 새로운 행을 추가하는 것은 막지 않는다.

 

4) SERIALIZABLE (직렬화 가능)

• 트랜잭션을 순차적으로 진행, 매우 엄격하다.
• 트랜잭션에 진입하면 락을 걸어 다른 트랜잭션이 접근하지 못하게 한다.
• 교착 상태가 일어날 확률이 높고 성능이 매우 떨어진다.

 

위로 갈수록 동시성이 강해지지만 격리성은 약해지고, 아래로 갈수록 동시성은 약해지고 격리성이 강해진다.

 

• 주요 RDBMS는 SQL 표준에 기반해서 isolation level을 정의한다.
• RDBMS마다 제공하는 isolation level이 다르다.
• 같은 이름의 isolation level이라도 동작 방식이 다를 수 있다.
• 그래서 우리가 개발할 때에는 사용하는 RDBMS의 isolation level을 잘 파악해서 적절한 isolation level을 사용해야 한다.

 

 

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📢  같이 공부하면 좋을 면접 질문

• 트랜잭션에 대해서 설명해 주세요. 그리고 왜 사용해야 하는지 말씀해 주세요.
  • 키워드 : 논리적인 작업 단위, 데이터베이스 안전성 보장
  • 트랜잭션이란 데이터베이스의 상태를 변화시키는 하나의 논리적인 작업 단위라고 할 수 있으며, 트랜잭션에는 여러 개의 연산이 수행될 수 있습니다. 트랜잭션은 수행 중에 한 작업이라도 실패하면 전부 실패하고, 모두 성공해야 성공이라고 할 수 있습니다.

• A 계좌에서 B계좌로 일정 금액을 이체하는 작업에 대해 생각해 봅시다. 이때 트랜잭션은 어떻게 정의할 수 있을까요?
• ACID에 대해서 설명해 주세요.
• 트랜잭션 격리 수준(Transaction Isolation Levels)에 대해서 설명해 주세요. 그리고 왜 필요한가요?
• 트랜잭션의 Commit 연산에 대해서 트랜잭션의 상태를 통해 설명해 주세요.
• 트랜잭션의 Rollback 연산에 대해서 트랜잭션의 상태를 통해 설명해 주세요.
• Partial Committed 상태에서 Committed 상태가 되는 과정에 대해 자세히 설명해 주세요.
• 트랜잭션을 사용할 때 주의할 점

 

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📌  Reference

• [NAVER D2] DBMS는 어떻게 트랜잭션을 관리할까?
• 트랜잭션이란 무엇인가?
• 주홍철, 『면접을 위한 CS 전공지식 노트』, 깃벗(2022), p224-231.
• Backend-Interview-Question GitHub Repo
• 쉬운 코드 채널
• [DB] 트랜잭션이란?