[Databases] 트랜잭션의 종류

📌 트랜잭션

• 트랜잭션은 DBMS에서 발생하는 하나의 논리적 작업 단위이다. 하나의 작업에는 하나 이상의 쿼리문이 포함된다.
• 예를 들어 ‘인출’이라는 작업은 계좌에 잔액을 확인하고 일정 금액을 빼서 금액을 업데이트하는 것을 포함한다.

📌 트랜잭션의 연산

Commit

• commit 연산이 수행되면 트랜잭션 내에서 수행된 작업이 DB에 영구적으로 반영된다. commit을 수행하면 해당 트랜잭션은 종료된다.

Rollback

• 트랜잭션 작업이 실패하거나 중단되면 rollback 연산이 수행된다. rollback을 수행하면 트랜잭션 내에서 수행한 모든 작업이 취소되며 트랜잭션이 시작하기 이전의 상태로 되돌아간다.

📌 트랜잭션의 속성

• ACID: Atomic, Consistency, Isolation, Durability

Atomic(원자성)

• 트랜잭션 내의 모든 작업이 완전히 수행되거나 전혀 수행되지 않아야 한다. 트랜잭션의 작업이 끝까지 성공적으로 수행되면 DB에 반영되고(commit), 그렇지 않으면 반영하지 않고 되돌려야 한다(rollback). 이 속성은 트랜잭션이 “All or Nothing”이라는 원칙을 만족하도록 보장한다.

Consistency(일관성)

• 트랜잭션이 완료되면 DB는 일관성 있는 상태를 유지해야 한다. 즉, 트랜잭션 전후의 DB 규칙, 제약 조건 등은 변함이 없어야 한다.

Isolation(독립성)

• 트랜잭션은 서로 영향을 줄 수 없다. 각각의 트랜잭션은 독립적으로 수행되며 다른 트랜잭션의 중간 상태를 확인할 수 없다. 이 속성을 통해 데이터의 무결성을 유지할 수 있다.

Durability(영속성)

• 트랜잭션이 성공적으로 완료되면 그 결과는 DB에 영구적으로 저장된다. 트랜잭션 수행 후 시스템 장애가 발생하더라도 DB는 트랜잭션의 완료 상태 시점의 상태를 유지해야 한다.

📌 트랜잭션 격리 수준

• 트랜잭션 격리 수준은 DB의 Consistency와 Isolation을 유지하면서 동시에 발생할 수 있는 데이터 충돌을 관리하는 데 도움을 준다.
• 격리 수준은 크게 4가지가 있으며, READ UNCOMMITTED, READ COMMITTED, REPEATABLE READ, SERIALIZABLE이다. SERIALIZABLE에 가까울수록 가장 고립 정도가 높지만 속도가 상대적으로 느리다. READ UNCOMMITTED에 가까울수록 가장 고립 정도가 낮지만 속도가 상대적으로 빠르다.

READ UNCOMMITTED

• 트랜잭션이 아직 commit되지 않은 변경 사항을 읽을 수 있는 격리 수준이다. 즉, 다른 트랜잭션이 수행 중인 데이터에 접근이 가능하다. 이러한 현상을 Dirty Read라고 한다.

• tx A가 tx B의 데이터를 읽는 Dirty Read가 발생했다고 하자. 만약 tx B가 rollback된다면 tx A가 읽은 데이터는 무효가 되며, 일관성이 깨지게 된다.

  

• 트랜잭션 간 잠금의 범위를 최소화하므로 DB의 동시성 및 성능이 높다는 장점이 있다. 그러나 데이터의 일관성이 보장되지 않는다.

READ COMMITTED

• 트랜잭션이 commit된 데이터만 읽을 수 있도록 허용하는 격리 수준이다.

• tx A가 수행 중인데 tx B가 테이블의 데이터를 읽는 것을 시도한다고 하자. tx B는 어떤 데이터를 읽게 될까? tx A가 수행되기 전 이전 테이블 상태를 Undo 영역에 잠시 저장한다. 따라서 tx A에서 아직 commit되지 않는 데이터를 읽는 것이 아닌 Undo 영역의 데이터를 읽게 된다. 즉, Dirty Read가 발생하지 않는다.

  

• 그러나 Non Repeatable Read 문제가 발생할 수 있다. tx A가 수행 중이고 tx B가 테이블에서 데이터를 읽는다면 Undo 영역에서 데이터를 읽을 것이다. 그러나 이후 tx A가 commit되고 tx B가 동일한 쿼리를 수행할 경우 tx A가 변경한 데이터를 읽게 된다. 즉, 읽은 데이터가 달라질 수 있다.

  

REPEATABLE READ

• 트랜잭션이 시작된 후 동일한 데이터를 여러 번 읽을 수 있으며 각 읽기 결과가 일관되게 유지되도록 하는 격리 수준이다.
• 읽기 쿼리의 결과가 모두 동일하므로 Non-Repeatable Read 문제를 해결한 방법이다.
• 그러나 Phantom Read 문제가 발생할 수 있다. Phantom Read는 특정 트랜잭션이 반복적으로 같은 쿼리를 실행할 때, 이전 결과와 다르게 새로운 행이 추가 또는 삭제되는 현상이다. tx A가 특정 조건을 만족하는 데이터를 조회하는 쿼리를 연속해서 보낸다고 하자. tx B가 테이블의 행을 추가 또는 삭제하면 tx A 쿼리의 결과가 달라질 수 있다.
• Repeatable Read를 구현하는 방법은 Read Lock, MVCC(Multi-Version Concurrency Control)가 있다.

1. Read Lock
   • 트랜잭션이 데이터를 읽을 때 해당 데이터에 대해 읽기 잠금을 설정한다. 읽기 잠금이 설정된 데이터는 다른 트랜잭션이 수정할 수 없다. 즉, 트랜잭션이 종료될 때까지 데이터의 상태를 보호한다.
   • 예를 들어보자. tx A가 데이터를 읽을 때, 해당 데이터에 읽기 잠금을 설정한다. tx B는 해당 데이터에 수정을 시도하지만, 잠금이 걸려있어 대기한다. tx A가 commit 또는 rollback되면 읽기 잠금은 해제된다. 이제 tx B에 해당 데이터에 접근하여 수정할 수 있다.
   • Read Lock으로 인해 동시성이 저하될 수 있으며, 성능이 떨어질 수 있다. Phantom Read 문제는 주로 Read Lock을 사용하는 RDMS에서 자주 발생한다. 새로운 행의 추가는 막을 수 없기 때문이다.

   

2. MVCC
   • DB에서 여러 버전의 데이터를 동시에 유지하는 방법이다. 각 트랜잭션이 특정 시점의 버전을 참조하여 다른 트랜잭션의 변경에 영향을 받지 않는다.

   

• 동시성을 높일 수 있으나 추가적인 메모리 사용이 필요하며, 복잡성이 증가할 수 있다.

SERIALIZABLE

• Serializable은 DB의 모든 트랜잭션이 서로 독립적으로 실행하도록 보장하는 격리 수준이다. Dirty Read, Non Repeatable Read, Phantom Read를 모두 방지한다.
• 각 트랜잭션은 접근하고 있는 데이터에 읽기 또는 쓰기 잠금을 걸어 다른 트랜잭션이 접근하지 못하도록 한다.
• 무결성, 일관성, 신뢰성이 보장되나 성능이 보통 좋지 않으며 데드락이 발생할 수 있다.

정리

📌 트랜잭션 상태

• 트랜잭션의 상태는 트랜잭션의 진행 상황을 나타내는 단계이다.

Active

• 트랜잭션이 실행 중인 상태로 DB에 대한 작업을 수행 중이다. 작업이 완료되면 Partially Committed, 실패하면 Failed 상태가 된다.

Partially Committed

• 트랜잭션의 모든 작업이 완료되었지만 commit되지 않은 상태이다. 즉, 트랜잭션의 결과가 DB에 반영되지 않은 상태이다. 성공적으로 DB에 반영되면 Committed. 실 패하면 Failed 상태가 된다.

Failed

• 트랜잭션 실행 중 오류가 발생하여 실패한 상태이다. 이후 rollback이 수행되어 이전 상태로 되돌아간다.

Committed

• 트랜잭션이 완료되고 DB에 commit된 상태이다. 모든 변경 사항이 DB에 영구적으로 반영된다.

Aborted

• 실패한 트랜잭션이 rollback되어 모든 변경 사항이 취소된 상태이다.

📌 참고

https://mangkyu.tistory.com/299