Transaction과 고립 레벨

Transaction과 ACID

트랜잭션이란 데이터의 상태를 변화시키기 위해 수행하는 최소한의 작업 단위를 의미한다. 즉, 논리적인 작업 셋을 모두 완벽하게 처리하거나 처리하지 못할 경우에는 원 상태토 복구해서 작업의 일부분만 적용되는 Partial Update를 방지한다. 예를 들어, 계좌의 송금인 경우 하나의 계좌에서 출금이 발생했을 때 다른 계좌에서는 반드시 입금이 발생해야하기에 이 둘은 반드시 같이 실행되어야 한다. 이 경우 출금과 송금 작업은 하나로 묶인 하나의 트랜잭션이라고 볼 수 있다. 트랜잭션은 데이터 정합성을 맞추는데 중요한 기능이며, 아래와 같이 ACID라는 요건을 만족해야 한다.

Atomicity, 원자성
트랜잭션의 모든 연산들은 하나로 묶여 모두 성공하거나, 모두 실패해야 한다.

Consistency, 일관성
트랜잭션은 모두 일관성 있는 상태를 유지해야 한다. 예로 데이터베이스에서 설정된 무결성 제약 조건을 항상 만족해야 한다.

Isolation, 고립성
트랜잭션은 독립적으로 실행되어야 한다. 여러 트랜잭션이 동시에 실행되는 경우에도 다른 트랜잭션에 의해 영향을 받지 않고 고립되어 실행되어야 한다.

Durability, 내구성
트랜잭션이 성공적으로 끝나면 그 결과가 항상 유지되어야 한다. 즉, 시스템에서 에러가 발생하더라도 해당 상태로 복구 가능할 수 있다.

고립성은 완벽하게 유지하기 위해서는 동시성 수준이 크게 떨어진다.
ANSI 표준에서는 고립 단계를 4단계로 구분하였으며, 적절한 수준을 선택하여 사용한다.

Transaction Isolation Level

트랜잭션의 ACID에서 Isolation은 트랜잭션이 수행되는데 있어 서로 영향을 미치지 않도록 해야한다는 성질이다. 하지만, 이 특징을 완벽하게 보장하기 위해서는 트랜잭션이 순차적으로 수행되어야 하고 결국 성능 저하로 이어진다. 트랜잭션의 격리 수준은 여러 트랜잭션이 동시에 처리될 때 특정 트랜잭션이 다른 트랜잭션에서 변경하거나 조회하는 데이터를 볼 수 있게 허용할지 말지를 결정하는 것이다. ANSI 표준에서는 고립 수준을 4단계로 정의한다.

• READ UNCOMMITTED
• READ COMMITTED
• REPEATABLE READ
• SERIALIZABLE

고립 수준이 낮으면 동시성은 증가하나, 연산이 잘못될 가능성이 높아진다.

READ UNCOMMITTED

가장 낮은 수준의 고립 수준이며, 다른 트랜잭션에서 커밋되지 않는 데이터도 읽을 수 있다. 다시 말해 트랜잭션에서 lock이 발생하지 않는다.

1번 트랜잭션에 의해 데이터가 삽입되었으나 아직 커밋되지 않은 상태라고 가정하자. 이 때, 2번 트랜잭션은 삽입된 A의 값을 그대로 읽을 수 있다. 그런데 1번 트랜잭션이 갑자기 데이터를 롤백한다고 했을 때, 2번 트랜잭션에서는 조회 결과는 롤백 전 삽입된 값을 읽어버린 상태므로 이는 데이터 정합성에 있어 큰 문제가 된다. 이를 Dirty Read라고 한다.

READ COMMITTED

커밋된 데이터만을 읽을 수 있으며, Dirty Read 현상은 발생하지 않는다. 오라클을 비롯한 다수의 DBMS가 기본적으로 이 수준을 사용한다.

위 상황을 가정했을 때, Transaction2에서 첫 번째 조회의 결과는 10을 나타내고 두 번째 조회의 결과는 20을 나타낸다. 이처럼 동일한 쿼리로 동일한 행을 조회하지만 서로 다른 결과를 나타내는 것을 Non-repeatable Read라고 한다.

대부분의 서비스는 크게 문제가 될 일이 없겠지만, 돈이 걸려있다면 이야기가 좀 달라질 수 있다. 예를 들어, 입출금에 대한 통계를 낸다고 가정했을 때 서로 다른 트랜잭션에서 집계 결과가 달라질 수도 있다. Repeatable Read가 보장되지 않기 때문이다.

REPEATABLE READ

데이터를 반복해서 조회해도 항상 같은 결과가 나타나며, non-repeatable read가 발생하지 않는다. MySQL의 InnoDB 스토리지 같은 경우에는 이 격리수준을 디폴트로 가진다.

InnoDB 스토리지 같은 경우에는 MVCC 방식으로, 트랜잭션이 롤백될 경우를 대비해서 변경 전 데이터를 undo 영역에 백업하고 변경을 진행한다. 동일 트랜잭션 내에서 같은 쿼리가 반복해서 발생했을 때는 커밋된 데이터가 아닌 undo 영역에 들어있는 데이터를 보여줌으로써 동일한 결과를 낼 수 있다.

위 처럼 특정 조건으로 데이터의 집합을 조회한다고 가정하자. Transaction2에 의해 조건에 맞는 새로운 데이터가 하나 더 추가되므로, Transaction1의 첫 번째 조회와 두 번째 조회의 결과가 다르다. 이처럼 결과의 집합이 달라지는 것을 Phantom Read라고 한다.

SERIALIZABLE

가장 엄격한 수준의 트랜잭션 격리 수준이며 트랜잭션 진행 중에는 다른 트랜잭션이 개입할 수 없다. 연산의 이상 현상이 존재하지는 않지만, 동시성 처리 수준이 너무 떨어져 잘 사용되지 않는다. 특히, MySQL의 InnoDB 스토리지 같은 경우에는 갭 락, 넥스트 키 락으로 인해 REPEATABLE READ 수준에서도 Phantom Read가 발생하지 않기 때문에 굳이 사용할 일이 있을까 싶다.

참고

• 백은빈, 이성욱, Real MySQL 8.0, 위키북스