[Spring] Transaction, Spring에서 제공하는 Transaction 핵심 기술

🔹 Transaction

[ 트랜잭션(Transaction)의 필요성 ]

데이터베이스에서 데이터를 수정하는 과정에서 예외가 발생하면, 데이터가 불완전한 상태로 남지 않도록 수정 이전의 상태로 되돌린 후, 다시 수정 작업이 이루어져야 한다. 이렇게 여러 작업을 수행하다 문제가 발생했을 때, 이전 상태로 되돌리는 롤백(Rollback) 기능을 제공하는 것이 트랜잭션(Transaction)이다.

 

트랜잭션은 하나의 논리적인 작업 단위로, 반드시 Commit(커밋) 또는 Rollback(롤백)으로 마무리되어야 한다. 즉, 트랜잭션이 정상적으로 완료되면 커밋을 수행하여 변경 사항을 확정하고, 도중에 오류가 발생하면 롤백을 수행하여 변경 사항을 취소한다.

예를 들어, 새로운 데이터를 추가하는 도중에 문제가 생긴다면, 해당 작업은 없었던 것처럼 취소된다. 하지만 여러 개의 작업이 연속적으로 이루어지는 경우, 부분적으로만 변경이 반영되지 않도록 전체 작업을 하나의 트랜잭션으로 묶어 관리해야 한다.

 

트랜잭션의 종료 방식은 크게 두 가지로 나뉜다.

1. 트랜잭션 커밋 (Commit) : 모든 작업이 정상적으로 완료되었을 때, 변경 사항을 데이터베이스에 반영한다.

2. 트랜잭션 롤백 (Rollback) : 오류가 발생하거나 작업을 취소해야 할 경우, 변경된 데이터를 원래 상태로 되돌린다.

 

여러 개의 작업이 하나의 트랜잭션으로 묶어 있는 경우, 모든 작업이 성공적으로 수행되었을 때만 커밋을 실행하여 변경 사항을 반영해야 한다. 만약 문제가 발생하면 롤백을 수행하여 데이터의 일관성과 무결성을 유지해야 한다.

 

[ 트랜잭션 ACID ]

트랜잭션은 다음 네 가지 특성을 통해 데이터의 신뢰성과 안정성을 보장한다.

1. 원자성 (Atomicity)

• 트랜잭션 내의 모든 작업은 완전히 실행되거나 전혀 실행되지 않아야 한다.
• 즉, 하나의 작업이라도 실패하면 전체 트랜잭션이 롤백(Rollback)되어 부분 실행 상태가 남지 않는다.

2. 일관성 (Consistency)

• 트랜잭션 실행 전후로 데이터베이스의 무결성과 정합성이 유지되어야 한다.
• 예를 들어, 은행 계좌에서 돈을 이체할 때, 한 계좌에서 빠져나간 금액과 다른 계좌에 입금된 금액이 항상 일치해야 한다.

3. 고립성(Isolation)

• 여러 트랜잭션이 동시에 실행될 때, 서로 간섭하지 않도록 보장해야 한다.
• 즉, 하나의 트랜잭션이 완료되기 전에 다른 트랜잭션이 해당 데이터를 읽거나 변경할 수 없다.
• 이를 위해 트랜잭션 격리 수준(Isolation Level)을 설정하여 동시성 제어를 수행할 수 있다.

4. 지속성(Durability)

• 성공적으로 완료된 트랜잭션의 변경 사항은 영구적으로 저장되어야 한다.
• 시스템 장애나 오류가 발생하더라도 커밋된 데이터는 손실되지 않는다.

🔹 Spring에서 제공하는 Transaction 핵심 기술

Spring은 효율적인 트랜잭션 관리를 위해 다음과 같은 세 가지 핵심 기술을 제공한다.

1. 트랜잭션 동기화 (Transaction Synchronization)

2. 트랜잭션 추상화 (Transaction Abstraction)

3. AOP를 이용한 트랜잭션 분리 (Transaction Management with AOP)

 

[ 트랜잭션 동기화 (Transaction Synchronization) ]

JDBC를 이용하여 개발자가 직접 여러 개의 작업을 하나의 트랜잭션으로 관리하려면, 커넥션(Connection) 객체를 직접 생성하고 공유하는 등의 작업이 필요하다. 하지만 이런 방식은 복잡하고, 불필요한 코드가 많아질 뿐만 아니라, 멀티스레드 환경에서 동시성 문제를 초래할 수 있다.

 

Spring은 이러한 문제를 해결하기 위해 트랜잭션 동기화(Transaction Synchronization) 기술을 제공을 제공한다.

트랜잭션 동기화는 트랜잭션을 시작할 때 생성된 커넥션 객체를 특별한 저장소에 보관해 두고, 필요할 때 꺼내 쓸 수 있도록 하는 기술이다. 이를 통해 불필요한 커넥션 생성을 방지하고, 일관된 트랜잭션 관리가 가능하다.

또한, Spring의 트랜잭션 동기화 저장소는 작업 스레드별로 커넥션 객체를 독립적으로 관리하므로, 멀티스레드 환경에서도 커넥션 충돌 없이 안전하게 트랜잭션을 관리할 수 있다.

 

[ 트랜잭션 동기화 예시 ]

// 트랜잭션 동기화 시작
TransactionSynchronizationManager.initSynchronization();
// 커넥션 획득
Connection c = DataSourceUtils.getConnection(dataSource);

// 트랜잭션 내 작업 수행
try {
    // 데이터베이스 작업 수행
} finally {
    // 커넥션 반환 및 동기화 종료
    DataSourceUtils.releaseConnection(c, dataSource);
    TransactionSynchronizationManager.unbindResource(dataSource);
    TransactionSynchronizationManager.clearSynchronization();
}

하지만, 개발자가 JDBC가 아닌 Hibernate와 같은 ORM 기술을 사용한다면, 위의 JDBC 기반 트랜잭션 동기화 코드는 문제가 될 수 있다.

대표적으로 Hibernate는 JDBC의 Connection 객체가 아닌 Session 객체를 사용하기 때문에, JDBC의 종속적인 방식으로 트랜잭션을 관리하면 Hibernate 환경에서는 제대로 동작하지 않을 가능성이 있다.

 

이러한 기술 의존성을 줄이고, 다양한 트랜잭션 관리 기법을 일관되게 사용할 수 있도록 Spring은 트랜잭션 추상화(Transaction Abstraction) 기술을 제공한다.

 

[ 트랜잭션 추상화 (Transaction Abstraction) ]

Spring은 다양한 트랜잭션 기술의 공통점을 추상화하여 트랜잭션 추상화 (Transaction Abstraction) 기술을 제공을 제공한다. 이를 활용하면 JDBC, Hibernate 등 특정 기술에 종속되지 않고도 일관된 방식으로 트랜잭션을 처리할 수 있다.

Spring에서 트랜잭션 경계를 설정하는 핵심 인터페이스는 PlatformTransactionManager이며, 이를 통해 개발자는 트랜잭션을 기술에 관계없이 동일한 방식으로 제어할 수 있다.

 

예를 들어, JDBC의 로컬 트랜잭션을 사용할 경우 DataSourceTransactionManager를 활용할 수 있다.

 

[ 트랜잭션 추상화 예시 ]

Spring은 PlatformTransactionManager를 통해 트랜잭션을 공유하고, 커밋하고, 롤백할 수 있다.

public Object invoke(MethodInvocation invocation) throws Throwable {
    // 트랜잭션 시작
    TransactionStatus status = this.transactionManager
    		.getTransaction(new DefaultTransactionDefinition());

    try {
        Object ret = invocation.proceed(); // 대상 메서드 실행
        this.transactionManager.commit(status); // 성공 시 커밋
        return ret;
    } catch (Throwable t) {
        this.transactionManager.rollback(status); // 예외 발생 시 롤백
        throw t; // 예외 다시 던지기
    }
}

하지만 위와 같은 트랜잭션 관리 코드가 비즈니스 로직 코드와 결합되어 있어 두 가지 책임(트랜잭션 관리 + 비즈니스 로직 실행)을 가지게 된다.

Spring에서는 AOP(Aspect-Oriented Programming)를 활용하여 트랜잭션 로직을 비즈니스 로직과 분리함으로써 가독성과 유지 보수성을 향상시켰다. 이를 통해 개발자는 @Transactional 어노테이션을 사용하여 더욱 간결하게 트랜잭션을 관리할 수 있다.

 

[ AOP를 이용한 트랜잭션 분리 (Transaction Management with AOP) ]

비즈니스 로직과 트랜잭션 관리 코드가 복잡하게 얽혀 있는 코드로 예를 들어보자.

public void addUsers(List<User> userList) {
    TransactionStatus status = this.transactionManager
    		.getTransaction(new DefaultTransactionDefinition());

    try {
        for (User user : userList) {
            if (isEmailNotDuplicated(user.getEmail())) {
                userRepository.save(user);
            }
        }
        this.transactionManager.commit(status);
    } catch (Exception e) {
        this.transactionManager.rollback(status);
        throw e;
    }
}

위의 코드는 두 가지 문제가 있다.

1. 트랜잭션 관리 코드와 비즈니스 로직이 섞여 있어 가독성이 떨어진다.

2. 트랜잭션 관리는 핵심 로직과 성격이 다르므로 분리하는 것이 적절하다.

 

트랜잭션 관리를 분리하는 방법으로 다음과 같은 방식이 떠오를 수 있다.

1. 내부 메서드로 분리

2. DI(Dependency Injection)를 활용한 합성

3. 상속을 이용한 구조화

 

하지만 위 방법을 사용하더라도 트랜잭션 관련 코드가 완전히 사라지는 것은 아니다. 여전히 트랜잭션 관리 코드가 계속 남아있고, 로직을 처리하는 곳마다 이를 적용해야 번거로움이 있다.

 

Spring은 이러한 문제를 해결하기 위해 AOP(Aspect Oriented Programming, 관점 지향 프로그래밍) 개념을 도입했다.

AOP를 활용하면 트랜잭션 코드와 같은 부가 기능을 핵심 로직에서 완전히 분리할 수 있다. Spring은 트랜잭션 관리 기능을 AOP 기반의 별도 모듈로 제공하여, 개발자가 직접 트랜잭션 처리를 하지 않아도 자동으로 적용되도록 지원한다. 이러한 기능을 더 쉽게 활용할 수 있도록 @Transactional 어노테이션을 제공하며, 이를 선언하는 것만으로도 Spring이 트랜잭션을 자동으로 관리한다.

 

[ @Transactional을 적용한 개선된 코드 ]

Spring의 AOP 기반 트랜잭션 관리 방식을 사용하면 아래와 같이 트랜잭션 관리 코드 없이 비즈니스 로직만 작성할 수 있다.

@Service
@RequiredArgsConstructor
@Transactional // 클래스 레벨에서 선언하면 모든 public 메서드에 트랜잭션이 적용됨
public class UserService {
    
    private final UserRepository userRepository;

    public void addUsers(List<User> userList) {
        for (User user : userList) {
            if (isEmailNotDuplicated(user.getEmail())) {
                userRepository.save(user);
            }
        }
    }
}

@Transactional을 적용하면 가독성과 유지 보수성이 향상되며, 트랜잭션 관련 코드가 핵심 비즈니스 로직과 분리되어 코드의 간결함과 일관성을 유지할 수 있다. 이를 통해 개발자는 트랜잭션 처리에 대한 세부 구현을 신경 쓸 필요 없이, 비즈니스 로직에만 집중할 수 있다.

또한, @Transactional을 클래스나 메서드 레벨에서 설정할 수 있어, 특정 메서드에만 트랜잭션을 적용하거나 클래스 전체에 적용할 수 있는 유연성을 제공한다.

예를 들어, 읽기 작업이 많은 조회 작업에서는 @Transactional(readOnly = true)를 사용하여 성능 최적화를 도울 수 있다.

 

 

 

 

 

📃 reference

• https://mangkyu.tistory.com/154