스프링 DB - 트랜잭션 문제 해결

문제점들

애플리케이션 구조

• 가장 단순하고, 많이 사용하는 방법은 역할에 따라 3가지 계층으로 나누는 것이다.

• 프레젠테이션 계층
  • UI와 관련된 처리 담당
  • 웹 요청과 응답
  • 사용자 요청을 검증
  • 주 사용 기술 : 서블릿과 HTTP 같은 웹 기술, 스프링 MVC
• 서비스 계층
  • 비즈니스 로직을 담당
  • 주 사용 기술 : 가급적 특정 기술에 의존하지 않고, 순수 자바 코드로 작성
• 데이터 접근 계층
  • 실제 데이터베이스에 접근하는 코드
  • 주 사용 기술 : JDBC, JPA, File, Redis, Mongo 

 

순수한 서비스 계층

• 가장 중요한 곳은 어디일까? 핵심 비즈니스 로직이 들어있는 서비스 계층이다. 시간이 흘러서 UI와 관련된 부분이 변하고, 데이터 저장 기술을 다른 기술로 변경해도, 비즈니스 로직은 최대한 변경 없이 유지되어야 한다. 
• 이렇게 하려면 서비스 계층을 특정 기술에 종속적이지 않게 개발해야 한다.
  • 프레젠테이션 계층은 클라이언트가 접근하는 UI와 관련된 기술인 웹, 서블릿, HTTP와 관련된 부분을 담당 해준다. 그래서 서비스 계층을 이런 UI와 관련된 기술로부터 보호해준다.
  • 데이터 접근 계층은 데이터를 저장하고 관리하는 기술을 담당해준다. 그래서 JDBC, JPA와 같은 구체적인 데이터 접근 기술로부터 서비스 계층을 보호해준다. 

 

문제점들

3가지 문제점

• 트랜잭션 문제
• 예외 누수 문제
• JDBC 반복 문제

 

트랜잭션 문제

• JDBC 구현 기술이 서비스 계층에 누수되는 문제
• 트랜잭션 동기화 문제
• 트랜잭션 적용 반복 문제  

예외 누수

• 데이터 접근 계층의 JDBC 구현 기술 예외가 서비스 계층으로 전파된다.
• SQLException은 체크 예외이기 때문에 데이터 접근 계층을 호출한 서비스 계층에서 해당 예외를 잡아서 처리하거나 명시적으로 throws를 통해서 다시 밖으로 던져야한다.
• SQLException은 JDBC 전용 기술이다. 향후 JPA나 다른 데이터 접근 기술을 사용하면, 그에 맞는 다른 예외로 변경해야 하고, 결국 서비스 코드도 수정해야 한다.

JDBC 반복 문제

• 지금까지 작성한 MemberRepository 코드는 순수한 JDBC를 사용했다.
• 이 코드들은 유사한 코드의 반복이 너무 많다.
  • try, catch, finally ...
  • 커넥션을 열고, PreparedStatement를 사용하고, 결과를 매핑하고 ... 실행하고, 커넥션과 리소스를 정리한다.

 

스프링과 문제 해결

스프링은 서비스 계층을 순수하게 유지하면서, 지금까지 이야기한 문제들을 해결할 수 있는 다양한 방법과 기술들을 제공한다. 

 

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트랜잭션 추상화

구현 기술에 따른 트랜잭션 사용법

• 트랜잭션은 원자적 단위의 비즈니스 로직을 처리하기 위해 사용한다.
• 구현 기술마다 트랜잭션을 사용하는 방법이 다르다.
  • JDBC : con.setAutoCommit(false)
  • JPA : transaction.begin()

 

트랜잭션 추상화

트랜잭션 추상화 인터페이스

public interface TxManager {
     begin();
     commit();
     rollback();
}

트랜잭션은 사실 단순하다. 트랜잭션을 시작하고, 비즈니스 로직의 수행이 끝나면 커밋하거나 롤백해야 된다.

 

그리고 다음과 같이 TxManager 인터페이스를 기반으로 각각의 기술에 맞는 구현체를 만들면 된다.

• JdbcTxManager : JDBC 트랜잭션 기능을 제공하는 구현체
• JpaTxManager : JPA 트랜잭션 기능을 제공하는 구현체

트랜잭션 추상화와 의존관계

 

• 서비스는 특정 트랜잭션 기술에 직접 의존하는 것이 아니라, TxManager라는 추상화된 인터페이스에 의존한다. 이제 원하는 구현체를 DI를 통해서 주입하면 된다.예를 들어서, JDBC 트랜잭션 기능이 필요하면 JdbcTxManager를 서비스에 주입하고, JPA 트랜잭션 기능으로 변경해야 하면 JpaTxManager를 주입하면 된다.
• 클라이언트인 서비스는 인터페이스에 의존하고, DI를 사용한 덕분에 OCP 원칙을 지키게 되었다. 이제 트랜잭션을 사용하는 서비스 코드를 전혀 변경하지 않고, 트랜잭션 기술을 마음껏 변경할 수 있다.

 

스프링의 트랜잭션 추상화

심지어 데이터 접근 기술에 따른 트랜잭션 구현체도 대부분 만들어두어서 가져다 사용하기만 하면 된다.

 

스프링 트랜잭션 추상화의 핵심은PlatformTransactionManager 인터페이스이다.

• org.springframwork.transaction.PlatformTransactionManager

참고
스프링 5.3부터는 JDBC 트랜잭션을 관리할 때, DataSourceTransactionManager를 상속받아서 약간의 기능을 확장한 JdbcTransactionManager를 제공한다. 둘의 기능 차이는 크지 않으므로 같은 것으로 이해하면 된다.  

 

 

PlatformTransactionManager 인터페이스

package org.springframework.transaction;
public interface PlatformTransactionManager extends TransactionManager {
    TransactionStatus getTransaction(@Nullable TransactionDefinition definition) throws TransactionException;
    
    void commit(TransactionStatus status) throws TransactionException;
    void rollback(TransactionStatus status) throws TransactionException;
}

 

• getTransaction() : 트랜잭션을 시작한다.
  • 이름이 getTransaction()인 이유는 기존에 이미 진행 중인 트랜잭션이 있는 경우 해당 트랜잭션에 참여할 수 있기 때문이다.
• commit() : 트랜잭션을 커밋한다.
• rollback() : 트랜잭션을 롤백한다.

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트랜잭션 동기화

스프링이 제공하는 트랜잭션 매니저는 크게 2가지 역할을 한다.

• 트랜잭션 추상화
• 리소스 동기화

리소스 동기화

트랜잭션을 유지하려면 트랜잭션의 시작부터 끝까지 같은 데이터베이스 커넥션을 유지해야 한다. 결국 같은 커넥션을 동기화(맞추어 사용)하기 위해서 이전에는 파라미터로 커넥션을 전달하는 방법을 사용했다.

파라미터로 커넥션을 전달하는 방법은 코드가 지저분해지는 것은 물론이고, 커넥션을 넘기는 메서드와 넘기지 않는 메서드를 중복해서 만들어야 하는 등 여러가지 단점들이 많다. 

 

트랜잭션 매니저와 트랜잭션 동기화 매니저

 

• 스프링은 트랜잭션 동기화 매니저를 제공한다. 이것은 쓰레드 로컬(ThreadLocal)을 사용해서 커넥션을 동기화해준다. 트랜잭션 매니저는 내부에서 이 트랜잭션 동기화 매니저를 사용한다.
• 트랜잭션 동기화 매니저는 쓰레드 로컬을 사용하기 때문에 멀티쓰레드 상황에 안전하게 커넥션을 동기화할 수 있다. 따라서 커넥션이 필요하면 트랜잭션 동기화 매니저를 통해 커넥션을 획득하면 된다. 따라서 이전처럼 파라미터로 커넥션을 전달하지 않아도 된다.

 

동작 방식을 간단하게 설명하면 다음과 같다.

1. 트랜잭션을 시작하려면 커넥션이 필요하다. 트랜잭션 매니저는 데이터소스를 통해 커넥션을 만들고, 트랜잭션을 시작한다.
2. 트랜잭션 매니저는 트랜잭션이 시작된 커넥션을 트랜잭션 동기화 매니저에 보관한다.
3. 리포지토리는 트랜잭션 동기화 매니저에 보관된 커넥션을 꺼내서 사용한다.따라서 파라미터로 커넥션을 전달하지 않아도 된다.
4. 트랜잭션이 종료되면 트랜잭션 매니저는 트랜잭션 동기화 매니저에 보관된 커넥션을 통해 트랜잭션을 종료하고, 커넥션도 닫는다.

 

DataSourceUtils,getConnection()

• DataSourceUtils.getConnection()
  • 트랜잭션 동기화 매니저가 관리하는 커넥션이 있으면 해당 커넥션을 반환한다.
  • 트랜잭션 동기화 매니저가 관리하는 커넥션이 없는 경우 새로운 커넥션을 생성해서 반환한다. 

 

DataSourceUtils.releaseConnection()

• close()에서 DataSourceUtils.releaseConnection()를 사용하도록 변경된 부분을 특히 주의해야 한다. 커넥션을 con.close()를 사용해서 직접 닫아버리면 커넥션이 유지되지 않는 문제가 발생한다. 이 커넥션은 이후 로직은 물론이고, 트랜잭션을 종료(커밋, 롤백)할 때까지 살아있어야 한다.
• DataSourceUtils.releaseConnection()을 사용하면 커넥션을 바로 닫는 것이 아니다.
  • 트랜잭션을 사용하기 위해 동기화된 커넥션은 커넥션을 닫지 않고, 그대로 유지해준다.
  • 트랜잭션 동기화 매니저가 관리하는 커넥션이 없는 경우, 해당 커넥션을 닫는다.

 

• private final PlatformTransactionManager transactionManager
  • 트랜잭션 매니저를 주입 받는다. DataSourceTransactionManager 구현체를 주입 받아야 한다.
  • 물론 JPA 같은 기술로 변경되면 JpaTransactionManager를 주입 받으면 된다.
• transactionManager.getTransaction()
  • 트랜잭션을 시작한다.
  • TransactionStatus status를 반환한다. 현재 트랜잭션의 상태 정보가 포함되어 있다. 이후 트랜잭션을 커밋, 롤백할 때 필요하다.
• new DefaultTransactionDefinition()
  • 트랜잭션과 관련된 옵션을 지정할 수 있다.
• transactionManager.commit(status)
  • 트랜잭션이 성공하면 이 로직을 호출해서 커밋하면 된다.
• transactionManager.rollback(status)
  • 문제가 발생하면 이 로직을 호출해서 트랜잭션을 롤백하면 된다.

 

 

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트랜잭션 문제 해결 - 트랜잭션 템플릿

트랜잭션을 사용하는 로직을 살펴보면 다음과 같은 패턴이 반복되는 것을 확인할 수 있다.

 

트랜잭션 사용 코드

//트랜잭션 시작
TransactionStatus status = transactionManager.getTransaction(new DefaultTransactionDefinition());

try {
     //비즈니스 로직
     bizLogic(fromId, toId, money);
     transactionManager.commit(status); //성공시 커밋
} catch (Exception e) {
     transactionManager.rollback(status); //실패시 롤백
     throw new IllegalStateException(e);
}

 

• 트랜잭션을 시작하고, 비즈니스 로직을 실행하고, 성공하면 커밋하고, 예외가 발생해서 실패하면 롤백한다.
• 다른 서비스에서 트랜잭션을 시작하려면 try, catch, finally를 포함한 성공 시 커밋, 실패 시 롤백 코드가 반복될 것이다.
• 이런 형태는 각각의 서비스에서 반복된다. 달라지는 부분은 비즈니스 로직뿐이다.
• 이럴 때, 템플릿 콜백 패턴을 활용하면 이런 반복 문제를 깔끔하게 해결할 수 있다.

템플릿 콜백 패턴을 적용하려면 템플릿을 제공하는 클래스를 작성해야 하는데, 스프링은 TransactionTemplate라는 템플릿 클래스를 제공한다. 

 

TransactionTemplate

public class TransactionTemplate {
     private PlatformTransactionManager transactionManager;
     
     public <T> T execute(TransactionCallback<T> action){..};
     void executeWithoutResult(Consumer<TransactionStatus> action){..};
}

• execute() : 응답 값이 있을 때 사용한다.
• executeWithoutResult() : 응답 값이 없을 때 사용한다.

public void accountTransfer(String fromId, String toId, int money) throws SQLException {
     txTemplate.executeWithoutResult((status) -> {
         try {
         	//비즈니스 로직
         	bizLogic(fromId, toId, money);
         } catch (SQLException e) {
         	throw new IllegalStateException(e);
         }
	});
}

트랜잭션 템플릿 사용 로직

• 트랜잭션 템플릿 덕분에 트랜잭션을 시작하고, 커밋하거나 롤백하는 코드가 모두 제거되었다.
• 트랜잭션 템플릿의 기본 동작은 다음과 같다.
  • 비즈니스 로직이 정상 수행되면 커밋한다
  • 언체크 예외가 발생하면 롤백한다. 그 외의 경우 커밋한다. (체크 예외의 경우에는 커밋하는데, 이 부분은 뒤 에서 설명한다.)
• 코드에서 예외를 처리하기 위해 try~catch가 들어갔는데, bizLogic() 메서드를 호출하면 SQLException 체크 예외를 넘겨준다. 해당 람다에서 체크 예외를 밖으로 던질 수 없기 때문에 언체크 예외로 바꾸어 던지도록 예외를 전환했다.

 

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트랜잭션 AOP 이해

프록시를 통한 문제 해결

 

프록시를 사용하면 트랜잭션을 처리하는 객체와 비즈니스 로직을 처리하는 서비스 객체를 명확하게 분리할 수 있다.

 

트랜잭션 프록시 코드 예시

public class TransactionProxy {
     private MemberService target;
     
     public void logic() {
         //트랜잭션 시작
         TransactionStatus status = transactionManager.getTransaction(..);
         try {
         //실제 대상 호출
             target.logic();
             transactionManager.commit(status); //성공시 커밋
         } catch (Exception e) {
             transactionManager.rollback(status); //실패시 롤백
             throw new IllegalStateException(e);
         }
     }
}

 

트랜잭션 프록시 적용 후 서비스 코드 예시

public class Service {
     public void logic() {
         //트랜잭션 관련 코드 제거, 순수 비즈니스 로직만 남음
         bizLogic(fromId, toId, money);
     }
}

• 프록시 도입 전 : 서비스에 비즈니스 로직과 트랜잭션 로직과 트랜잭션 처리 로직이 함께 섞여있다.
• 프록시 도입 후 : 트랜잭션 프록시가 트랜잭션 처리 로직을 모두 가져간다. 그리고 트랜잭션을 시작한 후에 실제 서비스를 대신 호출한다. 트랜잭션 프록시 덕분에 서비스 계층에는 순수한 비즈니즈 로직만 남길 수 있다. 

 

스프링이 제공하는 트랜잭션 AOP

• 스프링이 제공하는 AOP 기능을 사용하면 프록시를 매우 편리하게 적용할 수 있다.
• 스프링은 트랜잭션 AOP를 처리하기 위한 모든 기능을 제공한다. 스프링 부트를 사용하면 트랜잭션 AOP를 처리하기 위해 필요한 스프링 빈들도 자동으로 등록해준다.
• 개발자는 트랜잭션 처리가 필요한 곳에 @Transactional 애노테이션만 붙여주면 된다. 스프링의 트랜잭션 AOP는 이 애노테이션을 인식해서 트랜잭션 프록시를 적용해준다.  

 

@Transactional

org.springframework.transaction.annotation.Transactional

 

 

참고
스프링 AOP를 적용하려면 어드바이저, 포인트컷, 어드바이스가 필요한다. 스프링은 트랜잭션 AOP 처리를 위해 다음 클래스를 제공한다. 스프링 부트를 사용하면 해당 빈들은 스프링 컨테이너에 자동으로 등록된다.

어드바이저 : BeanFactoryTransactionAttributeSourceAdvisor
포인트컷 : TransactionAttributeSourcePointcut
어드바이스 : TransactionInterceptor

 

@Transactional 애노테이션 메서드 사용

@Transactional
 public void accountTransfer(String fromId, String toId, int money) throws SQLException {
 	bizLogic(fromId, toId, money);
 }

 

트랜잭션 AOP 사용 흐름

 

선언적 트랜잭션 관리 vs 프로그래밍 방식 트랜잭션 관리

• 선언적 트랜잭션 관리(Declarative Transaction Management)
  • @Transactional 애노테이션 하나만 선언해서 매우 편리하게 트랜잭션을 적용하는 것을 선언적 트랜잭션 관리라 한다.
  • 선언적 트랜잭션 관리는 과거 XML에 설정하기도 했다. 이름 그대로 해당 로직에 트랜잭션을 적용하겠다 라고 어딘가에 선언하기만 하면 트랜잭션이 적용되는 방식이다.
• 프로그래밍 방식의 트랜잭션 관리(programmatic transaction management)
  • 트랜잭션 매니저 또는 트랜잭션 템플릿 등을 사용해서 관련 코드를 직접 작성하는 것은 프로그래밍 방식의 트랜잭션 관리라 한다.

 

• 선언적 트랜잭션 관리가 프로그래밍 방식에 비해서 훨씬 간편하고, 실용적이기 때문에 실무에서는 대부분 선언적 트랜잭션 관리를 사용한다.
•  프로그래밍 방식의 트랜잭션 관리는 스프링 컨테이너나 스프링 AOP 기술 없이 간단히 사용할 수 있지만, 실무에서는 대부분 스프링 컨테이너와 스프링 AOP를 사용하기 때문에 거의 사용되지 않는다.
• 프로그래밍 방식 트랜잭션 관리는 테스트 시에 가끔 사용될 때는 있다.

 

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스프링 부트의 자동 리소스 등록 

스프링 부트가 등장하기 이전에는 데이터소스와 트랜잭션 매니저를 개발자가 직접 스프링 빈으로 등록해서 사용했다. 그런데 스프링 부트로 개발을 시작한 개발자라면 데이터소스나 트랜잭션 매니저를 직접 등록한 적이 없을 것이다.

 

데이터 소스와 트랜잭션 매니저를 스프링 빈으로 직접 등록

@Bean
DataSource dataSource() {
 	return new DriverManagerDataSource(URL, USERNAME, PASSWORD);
}
@Bean
PlatformTransactionManager transactionManager() {
 	return new DataSourceTransactionManager(dataSource());
}

기존에는 이렇게 데이터 소스와 트랜잭션 매니저를 직접 스프링 빈으로 등록해야 했다. 그런데 스프링 부트가 나오면서 많은 부분이 자동화되었다.

 

데이터소스 - 자동 등록

• 스프링 부트는 데이터소스(DataSource)를 스프링 빈에 자동으로 등록한다.
• 자동으로 등록되는 스프링 빈 이름 : dataSource
• 참고로 개발자가 직접 데이터 소스를 빈으로 등록하면 스프링 부트는 데이터소스를 자동으로 등록하지 않는다.

이때 스프링 부트는 다음과 같이 application.properties에 있는 속성을 사용해서 DataSoruce를 생성한다. 그리고 스프링 빈에 등록한다.

 

application.properties

spring.datasource.url=jdbc:h2:tcp://localhost/~/test
spring.datasource.username=sa
spring.datasource.password=

• 스프링 부트가 기본으로 생성하는 데이터소스는 커넥션 풀을 제공하는 HikariDataSource이다. 커넥션풀과 관련된 설정도 application.properties를 통해서 지정할 수 있다.
• spring.datasource.url 속성이 없으면 내장 데이터베이스(메모리 DB)를 생성하려고 시도한다. 

 

트랜잭션 매니저 - 자동 등록

• 스프링 부트는 적절한 트랜잭션 매니저(PlatformTransactionManager)를 자동으로 스프링 빈에 등록한다.
• 자동으로 등록되는 스프링 빈 이름 : transactionManager
• 참고로 개발자가 직접 트랜잭션 매니저를 빈으로 등록하면 스프링 부트는 트랜잭션 매니저를 자동으로 등록하지 않는다. 

어떤 트랜잭션 매니저를 선택할지는 현재 등록된 라이브러리를 보고 판단하는데, JDBC를 기술을 사용하면 DataSourceTransactionManager를 빈으로 등록하고, JPA를 사용하면 JpaTransactionManager를 빈으로 등록한다. 둘 다 사용하는 경우, JpaTransactionManager를 등록한다. 참고로 JpaTransactionManager는 DataSourceTransactionManager가 제공하는 기능도 대부분 지원한다.