스프링과 문제 해결 - 트랜잭션, 문제점들, 트랜잭션 추상화 및 동기화, 트랜잭션 매니저

 

  출처 : 인프런 - 스프링 DB 1편 데이터 접근 핵심 원리 (유료) / 김영한님  
  유료 강의이므로 정리에 초점을 두고 코드는 일부만 인용  

https://www.inflearn.com/course/%EC%8A%A4%ED%94%84%EB%A7%81-db-1/dashboard

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1. 문제점들

1) 애플리케이션 구조

• 여러가지 구조가 있지만 가장 단순하면서 많이 사용하는 방버은 역할에 따라 3가지 계층으로 나누는 것

 

(1) 프레젠테이션 계층 - @Controller

• UI와 관련된 처리 담당
• 웹 요청과 응답
• 사용자 요청을 검증
• 주 사용 기술: 서블릿과 HTTP 같은 웹기술, 스프링 MVC

(2) 서비스 계층 - @Service

• 비즈니스 로직을 담당
• 주 사용 기술: 가급적 특정 기술에 의존하지 않고, 순수 자바 코드로 작성

(3) 데이터 접근 계층 - @Repository

• 실제 데이터베이스에 접근하는 코드
• 주 사용 기술: JDBC, JPA, File, Redis, Mongo .... 

2) 순수한 서비스 계층

• 다 중요하지만... 순수하게 가장 중요한곳을 꼽으라고하면 단연 핵심 비즈니스 로직이 들어있는 서비스 계층임
• 시간이 흘러서 UI(웹), 데이터 저장 기술이 다른 기술들로 변경된다고 해도 비즈니스 로직은 최대한 변경없이 유지 되어야 함
• 이러면 서비스 계층을 특정 기술에 종속적이지 않게 개발해야함
• 이렇게 계층을 나눈 이유도 서비스 계층을 최대한 순수하게 유지하기 위한 목적이 크며 기술에 종속적인 부분은 프레젠테이션 계층, 데이터 접근 계층에서 가지고 감
• 프레젠테이션 계층은 클라이언트가 접근하는 UI관련된 기술인 웹, 서블릿, HTTP와 관련된 부분을 담당해줌, 그래서 서비스 계층을 UI 관련된 기술로부터 보호를 해줌
• HTTP API를 사용하다가 GRPC 같은 기술로 변경해도 프레젠테이션 계층의 코드만 변경하고 서비스 계층은 변경하지 않아도 됨
• 데이터 접근 계층은 데이터를 저장하고 관리하는 기술을 담당해줌으로써 JDBC, JPA와 같은 구체적인 데이터 접근 기술로부터 서비스 계층을 보호해줌
• JDBC를 사용하다가 JPA로 변경해도 서비스 계층은 변경하지 않아도 됨
• 물론 서비스 계층에서 데이터 접근 계층을 직접 접근하는 것이 아니라 인터페이스를 제공하고 서비스 계층은 이 인터페이스에 의존해야 서비스 코드의 변경 없이 Jdbc에서 JPA로 변경할 수 있음
• 서비스 계층이 특정 기술에 종속되지 않기 때문에 비즈니스 로직을 유지보수 하기도 쉽고 테스트 하기도 쉬움
• 서비스 계층은 가급적 비즈니스 로직만 구현하고 특정 구현 기술에 직접 의존하지 않아야 향후 구현 기술이 변경될 때 변경의 영향 범위를 최소화 할 수 있음

3) 문제점들

• 기존에 개발한 MemberService코드들을 분석

좌) MemberServiceV1 코드 / 우) MemberServiceV2 코드 (코드는 이전 강의에 있음)

 

(1) MemberServiceV1(트랜잭션 적용 전)

• MemberServiceV1 (트랜잭션 적용전)코드는 한가지 문제를 제외하고 특정 기술에 종속적이지 않고 순수한 비즈니스 로직만 존재함
• 특정 기술과 관련된 코드가 거의 없어서 코드가 깔끔하고 유지보수하기가 쉬우며 향후 비즈니스 로직의 변경이 필요하면 해당 부분을 변경하면됨
• 한가지 문제는 SQLException이라는 JDBC 기술에 의존한다는 점인데 이부분은 memberRepository에서 올라오는 예외이기 때문에 리포지토리에서 해결해야 하는데 이부분은 예외 강의때 다룰 예정 (지금 단계에서는 이문제가 있구나 하는 참고만 하고 넘어가기)
• 또한 MemberRepositoryV1이라는 구체 클래스를 직접 의존하는데 인터페이스를 도입하면 향후 서비스 코드의 변경 없이 다른 구현 기술로 손쉽게 변경할 수 있음

(2) MemberServiceV2 - 트랜잭션 적용 후

• 트랜잭션은 비즈니스 로직이 있는 서비스 계층에서 시작하는 것이 좋은데, 문제는 트랜잭션을 사용하기 위해서 DataSource, Connection, SQLException 같은 JDBC 기술에 의존해야 한다는 점임
• 트랜잭션을 사용하기 위해 JDBC 기술에 의존하는데 서비스 계층에 비즈니스 로직보다 JDBC를 사용한 트랜잭션을 처리하는 코드가 더 많은데, 향후 JDBC에서 JPA같은 기술로 바꾸어 사용하게 되면 서비스 코드도 모두 함께 변경해야함 (JPA는 트랜잭션을 사용하는 코드가 JDBC와 다름)
• 핵심 비즈니스 로직과 JDBC 기술이 섞여 있어서 유지보수 하기가 어려움(서비스가 하나면 다행이지만 수십개라고 하면 그 코드들 다 뜯어 고쳐야함)

4) 문제 정리 - 크게 3가지

(1) 트랜잭션을 적용하면서 생긴 문제들

 

• JDBC 구현 기술이 서비스 계층에 누수되는 문제
  
  
  • 서비스 계층는 구현기술을 변경해도 구현 코드는 최대한 유지 할 수 있어야 하는데 트랜잭션을 적용하기위해 JDBC 구현 기술이 서비스 계층에 누수가 됨
  • 변화에 대응하기 위해 데이터 접근 계층에 JDBC 코드를 다 몰아두는 것이며 데이터 접근 계층의 구현 기술이 변경될 수도 있으니 데이터 접근 계층은 인터페이스를 제공하는 것이 좋음
  • 서비스 계층이 특정 기술에 종속되지 않도록 하기 위해 데이터 접근 계층으로 JDBC 코드를 모았는데 트랜잭션을 적용하면서 결국 서비스 계층에 JDBC 구현 기술의 누수가 발생함
• 트랜잭션 동기화 문제
  
  
  • 같은 트랜잭션을 유지하기위해 커넥션을 파라미터로 넘겼는데 이때 파생되는 문제도 있음
  • 똑같은 기능도 트랜잭션용 기능과 트랜잭션을 유지하지 않아도 되는 기능으로 분리해야함
• 트랜잭션 적용 반복 문제
  
  
  • try-catch-finally .. 등등 트랜잭션 적용을위한 코드가 반복이 많음

(2) 예외 누수

 

• 데이터 접근 계층의 JDBC 구현 기술 예외가 서비스 계층으로 전파가 됨
• SQLException은 체크 예외이기 때문에 데이터 접근 계층을 호출한 서비스 계층에서 해당 예외를 잡아서 처리하거나 명시적으로 throws를 통해서 다시 밖으로 던져야함
• SQLException은 JDBC 전용 기술이기 때문에 향후 JPA나 다른 데이터 접근 기술을 사용하면 그에 맞는 예외로 변경해야 하고 결국 서비스 코드고 수정해야 함

(3) JDBC 반복 문제

 

• 지금까지 작성한 MemberRepository 코드는 순수한 JDBC를 사용했는데 해당 코드는 try-catch-finally 와 커넥션을 열고 PreparedStatement를 사용하고, 결과를 매핑 및 실행하고, 커넥션과 리소스를 정리하는 등의 유사한 코드 반복이 너무 많음

(4) 스프링과 문제 해결

 

• 스프링은 서비스 계층을 순수하게 유지하면서 지금까지 이야기한 문제들을 해결할 수 있는 다양한 방법과 기술들을 제공함

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2. 트랜잭션 추상화

• 인터페이스 제공

1) 구현 기술에 따른 트랜잭션 사용법

• 원자적 단위의 비즈니스 로직을 처리하기 위해 트랜잭션을 사용하는데 구현 기술마다 트랜잭션을 사용하는 방법이 달라서 JDBC 트랜잭션에 의존하다가 JPA 기술로 변경하게 되면 서비스 계층의 트랜잭션을 처리하는 코드도 모두 함께 변경해야 함
• JDBC : con.setAutoCommit(false)
• JPA : trasaction.begin()

// JDBC 트랜잭션 코드 예시
public void accountTransfer(String fromId, String toId, int money) throws
        SQLException {
    Connection con = dataSource.getConnection();
    try {
        con.setAutoCommit(false); //트랜잭션 시작
        
        //비즈니스 로직
        bizLogic(con, fromId, toId, money);
        con.commit(); //성공시 커밋
    } catch (Exception e) {
        con.rollback(); //실패시 롤백
        throw new IllegalStateException(e);
    } finally {
        release(con);
    }
}

// JPA 트랜잭션 코드 예시
public static void main(String[] args) {

    //엔터티 매니저 팩토리 생성
    EntityManagerFactory emf =
            Persistence.createEntityManagerFactory("jpabook");
    EntityManager em = emf.createEntityManager(); //엔터티 매니저 생성
    EntityTransaction tx = em.getTransaction(); //트랜잭션 기능 획득
    try {
        tx.begin(); //트랜잭션 시작
        logic(em); //비즈니스 로직
        tx.commit();//트랜잭션 커밋
    } catch (Exception e) {
        tx.rollback(); //트랜잭션 롤백
    } finally {
        em.close(); //엔터티 매니저 종료
    }
    emf.close(); //엔터티 매니저 팩토리 종료
}

 

2) JDBC -> JPA 변경

JDBC -> JPA로 변경 (서비스 코드의 변경이 불가피함)

(1) 트랜잭션 추상화 

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

// JDBC 트랜잭션 기능을 제공하는 구현체 작성
public class JdbcTxManager implements TxManager {
    // ... 구현 코드들
}

// JPA 트랜잭션 기능을 제공하는 구현체 작성
public class JpacTxManager implements TxManager {
    // ... 구현 코드들
}

 

좌) 트랜잭션의 추상화 및 의존관계 / 우) 스프링의 트랜잭션 추상화 및 의존관계

• 이러한 문제를 해결하기 위해 트랜잭션 기능을 추상화 하면 되는데 단순하게 아래와 같은 트랜잭션 시작하고 비즈니스 로직의 수행이 끝나면 커밋하거나 롤백하는 인터페이스를 만들고 해당 인터페이스를 기반으로 각각 기술에 맞는 구현체를 만들어서 사용하면 됨
• 서비스는 특정 트랜잭션 기술에 직접 의존하는 것이 아닌 TxManager라는 추상화된 인터페이스에만 의존하고 원하는 구현체를 DI를 통해서 주입받아서 사용하면 됨
• 클라이언트인 서비스는 인터페이스에 의존하고 DI를 사용한 덕분에 OCP 원칙을 지키게 되며 트랜잭션을 사용하는 서비스 코들르 전혀 변경하지 않고 트랜잭션 기술을 마음껏 변경할 수 있음

 

(2) 스프링의 트랜잭션 추상화

• 스프링은 이런 트랜잭션 추상화 기술을 제공하며 심지어 데이터 접근 기술에 따른 트랜잭션 구현체도 대부분 만들어 두어서 가져다 사용하기만 하면됨
• 스프링 트랜잭션 추상화의 핵심은 PlatformTransactionManager 인터페이스임 -> 트랜잭션 매니저라고 부름

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 시작, 이름이 getTransaction()인 이유는 기존에 이미 진행중인 트랜잭션이 있는 경우 해당 트랜잭션에 참여할 수 있기 때문 (트랜잭션 참여, 전파에 대한부분은 뒤에서 설명)
• commit() : 트랜잭션을 커밋
• rollback() : 트랜잭션을 롤백

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3. 트랜잭션 동기화

• 스프링이 제공하는 트랜잭션 매니저는 크게 트랜잭션 추상화, 리소스 동기화 2가지 역할을 함

1) 리소스 동기화

• 트랜잭션을 유지하려면 트랜잭션의 시작부터 끝까지 같은 데이터베이스 커넥션을 유지해야 하는데 이를 위해 파라미터로 커넥션을 전달했으나 코드가 지저분해지고 커넥션을 넘기는 메서드와 넘기지 않은 메서드를 중복해서 만들어야하는 등의 여러가지 단점이 있음

2) 트랜잭션 동기화 매니저

• 스프링은 트랜잭션 동기화 매니저를 제공하는데, 쓰레드 로컬(ThreadLocal)을 사용해서 커넥션을 동기화 해주며 트랜잭션 매니저가 내부에서 이 트랜잭션 동기화 매니저를 사용함
• 쓰레드 로컬을 사용하기 때문에 멀티쓰레드 상황에 안전하게 커넥션을 동기화 할 수 있음
• 커넥션이 필요하면 트랜잭션 동기화 매니저를 통개 커넥션을 획득하게 되고 파라미터로 커넥션을 전달하지 않아도 됨

• org.springframework.transaction.support.TransactionSynchronizationManager를 열어보면 쓰레드 로컬을 사용하는 것을 확인할 수 있음

트랜잭션 매니저와 트랜잭션 동기화 매니저 동작

(1) 동작 방식

1. 트랜잭션을 시작하려면 커넥션이 필요하므로 트랜잭션 매니저는 데이터 소스를 통해 커넥션을 만들고 트랜잭션을 시작
2. 트랜잭션 매니저는 트랜잭션이 시작된 커넥션을 트랜잭션 동기화 매니저에 보관
3. 리포지토리는 트랜잭션 동기화 매니저에 보관된 커넥션을 꺼내서 사용
4. 트랜잭션이 종료되면 트랜잭션 매니저는 트랜잭션 동기화 매니저에 보관된 커넥션을 통해 트랜잭션을 종료하고 커넥션을 닫은

** 참고

• 쓰레드 로컬을 사용하면 각각의 쓰레드 마다 별도의 저장소가 부여돼 해당 쓰레드만 해당 데이터에 접근 할 수 있음
• 쓰레드 로컬의 자세한 강의는 스프링 핵심원리 - 고급편 수업때 다룰 예정

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4. 트랜잭션 문제 해결 - 트랜잭션 매니저1

• 애플리케이션 코드에 트랜잭션 매니저 적용

1) MemberRepositoryV3

• DatsSourceUtils를 사용해서 커넥션 생성 및 커넥션 반납(종료)를 하도록 변경
• 메서드 오버로딩으로 만들었던 커넥션을 파라미터로 전달하는 메서드들을 삭제

(1) DataSourceUtils.getConnection()

 

• 트랜잭션 동기화 매니저가 관리하는 커넥션이 있으면 해당 커넥션을 반환
• 트랜잭션 동기화 매니저가 관리하는 커넥션이 없는 경우 새로운 커넥션을 생성해서 반환함

(3) DataSourceUtils.releaseConnection()

 

• close()를 사용해서 직접 닫아버리면 커넥션이 유지 되지 않으므로 DataSourceUtils.releasConnection()을 사용
• 트랜잭션 동기화 매니저가 관리하는 커넥션은 커넥션을 닫지 않고 그대로 유지
• 트랜잭션 동기화 매니저가 관리하는 커넥션이 없는 경우 해당 커넥션을 닫음

package hello.jdbc.repository;

/**
 * 트랜잭션 - 트랜잭션 매니저
 * DataSourceUtils.getConnection()
 * DataSourceUtils.releaseConnection()
 */
@Slf4j
public class MemberRepositoryV3 {

    // ... 기존 구현코드 동일
    // 단, Connection을 파라미터로 넘겨서 구현했던 코드들은 삭제

    /**
     * 연결을 닫아주는 메서드를 별도로 추출
     * JdbcUtils 를 사용해 사용한 리소스들을 close
     * 직접 짜는 것보다 훨씬 안정적으로 잘 짜여져있음
     */
    private void close(Connection con, Statement stmt, ResultSet rs) {

        JdbcUtils.closeResultSet(rs);
        JdbcUtils.closeStatement(stmt);
        // 주의! 트랜잭션 동기화를 사용하려면 DataSourceUtils를 사용해야 함
        DataSourceUtils.releaseConnection(con, dataSource);
    }

    private Connection getConnection() throws SQLException {
        // 주의! 트랜잭션 동기화를 사용하려면 DataSourceUtils를 사용해야 함
        Connection con = DataSourceUtils.getConnection(dataSource);
        log.info("connection={}, class={}", con, con.getClass());
        return con;
    }
}

2) MemberServiceV3_1

• 커넥션 구현 코드 변경
• 커넥션 파라미터 전달 부분 삭제
• 커넥션을 릴리즈하는 메서드 삭제 -> 커밋 롤백하면 알아서 됨

(1) PlatformTransactionManager

• 트랜잭션 매니저를 주입, 구현체는 외부에서 주입받음
• 지금은 JDBC 기술을 사용하기 때문에 DataSourceTransactionManager를 주입 받아야 하고, JPA 기술로 변경되면 JpaTransactionManager를 주입 받으면 됨

(2) .getTransaction()

• 트랜잭션을 시작
• 현재 트랜잭션의 상태 정보가 포함되어있는 TransactionStatus status를 반환하여 이후 트랜잭션을 커밋, 롤백할 때 필요함

(3) new DefaulTransactionDefinition()

• 트랜잭션과 관련된 옵션을 지정 -> 뒤 강의에서 설명

(4) .commit(status) .rollback(status)

• 트랜잭션이 성공하면 .commit(status)을 호출해서 커밋하고 실패하면 .rallback(status)를 호출해서 트랜잭션을 롤백

package hello.jdbc.service;

/**
 * 트랜잭션 - 트랜잭션 매니저
 */
@Slf4j
@RequiredArgsConstructor
public class MemberServiceV3_1 {

    // 트랜잭션 매니저 - 여기에 원하는 구현체를 주입받으면 됨(new 로 직접 생성하면 OCP가 지켜지지 않기 때문에 외부에서 주입)
    private final PlatformTransactionManager transactionManager;
    private final MemberRepositoryV3 memberRepository;

    public void accountTransfer(String fromId, String toId, int money) throws SQLException {
        // 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);
        } // 트랜잭션이 커밋되거나 롤백되었을음때 알아서 정리를 해주기 때문에 기존 release()는 필요가 없음
    }

    private void bizLogic(String fromId, String toId, int money) throws SQLException {
        Member fromMember = memberRepository.findById(fromId);
        Member toMember = memberRepository.findById(toId);

        memberRepository.update(fromId, fromMember.getMoney() - money);
        validation(toMember);   // 검증 메서드 생성
        memberRepository.update(toId, toMember.getMoney() + money);

    }

    private void validation(Member toMember) {
        // 받는 사람의 계좌id가 ex일 경우 오류가 나도록 설정 -> 트랜잭션예제를 위함
        if (toMember.getMemberId().equals("ex")) {
            throw new IllegalStateException("이체 중 예외발생");
        }
    }
}

3) MemberServiceV3_1Test

• DI 코드들을 MemberRepositoryV3, MemberServiceV3_1로 모두 변경
• H2 데이터베이스를 실행 후 테스트를 돌려보면 트랜잭션 커밋, 롤백 수행이 정상적으로 동작하는 것을 확인 가능함

(1) 초기화 코드 설명 @BeforeEach

• new JdbcTransactionManager(dataSource) : JDBC용 트랜잭션 매니저를 선택해서 서비스에 주입
• 트랜잭션 매니저는 데이터소스를 통해 커넥션을 생성하므로 DataSource가 매개변수로 필요함
• DataSourceTransactionManager를 사용해도 됨

package hello.jdbc.service;

/**
 * 트랜잭션 - 트랜잭션 매니저
 */
class MemberServiceV3_1Test {

    // ... 나머지 코드 동일

    private MemberRepositoryV3 memberRepository;
    private MemberServiceV3_1 memberService;

    @BeforeEach // 테스트 실행 전에 먼저 호출
    void before() {
        DriverManagerDataSource dataSource = new DriverManagerDataSource(URL, USERNAME, PASSWORD);
        memberRepository = new MemberRepositoryV3(dataSource);

        // 트랜잭션 매니저 - Jdbc 트랜잭션 매니저 구현(DataSourceTransactionManager 사용해도됨)
        PlatformTransactionManager transactionManager = new JdbcTransactionManager(dataSource);
        memberService = new MemberServiceV3_1(transactionManager, memberRepository);
    }

    // ... 나머지 코드 동일
}

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5. 트랜잭션 문제 해결 - 트랜잭션 매니저2

• 그림으로 트랜잭션 매니저의 전체 동작 흐름을 자세히 복습하기

1) 트랜잭션 시작

• 1.서비스 계층에서 transactionManager.getTransaction()을 호출해서 트랜잭션을 시작
• 2.트랜잭션 매니저는 내부에서 데이터소스를 사용해서 커넥션을 생성
• 3.커넥션을 수동 커밋 모드로 변경해서 실제 데이터베이스 트랜잭션을 시작
• 4.커넥션을 트랜잭션 동기화 매니저에 보관
• 5.트랜잭션 동기화 매니저는 쓰레드 로컬에 커넥션을 보관하여 멀티 쓰레드 환경에 안전하게 커넥션을 보관 할 수 있음

2) 트랜잭션 로직 실행

• 6.서비스는 비즈니스로직을 실행하면서 리포지토리의 메서드를 호출 (커넥션을 파라미터로 전달하지 않음)
• 7.리포지토리 메서드들은 트랜잭션이 시작된 커넥션이 필요하여 DataSourceUtils.getConnection()을 사용해서 트랜잭션 동기화 매니저에 보관된 커넥션을 꺼내서 사용해 자연스럽게 같은 커넥션을 사용하고 트랜잭션도 유지됨
• 8.획득한 커넥션을 사용해서 SQL을 데이터베이스에 전달하여 실행

3) 트랜잭션 로직 종료

• 9.비즈니스 로직이 끝나고 트랜잭션을 종료(커밋이나 롤백을 호출)
• 10.트랜잭션을 종료하기 위해 트랜잭션 동기화 매니저를 통해 통기화된 커넥션을 획득
• 11.획득한 커넥션을 통해 호출된 명령으로 트랜잭션을 커밋하거나 롤백
• 12.전체 리소스를 정리
  • 쓰레드 로컬은 사용후 꼭 정리를 해야하므로 트랜잭션 동기화 매니저를 정리
  • con.setAutoCommit(true)로 되돌림, 커넥션풀을 고려
  • con.close()로 커넥션을 종료, 커넥션 풀을 사용하는 경우 커넥션 풀에 반환

4) 정리

• 트랜잭션 추상화 덕분에 서비스 코드는 이제 JDBC 기술에 의존하지 않고, 트랜잭션 동기화 매니저 덕분에 커넥션을 파라미터로 넘기지 않아도 됨
• 이후 JDBC에서 JPA로 변경해도 서비스 코드를 그대로 유지할 수 있고 기술 변경시 의존관계 주입만 구현체를 바꿔주면 됨
• 아직 SQLException 부분이 남아있어 완벽하게 분리를 시키진 않았지만 이 부분은 뒤에 예외 처리 강의에서 해결할 예정

** 참고

• 해당 설명은 DataSourceTransactionManager의 동작 방식 위주로 설명 되었으나 다른 트랜잭션 매니저도 크게 다르지 않음