[PostgreSQL] 트랜잭션과 격리 레벨 : 개발자가 꼭 알아야 할 개념

 

트랜잭션이란?

 

• 영어로는 Transaction이라고 합니다.
• 사전적 의미로는 거래, 매매, 처리(과정) 이라는 뜻을 가집니다.
• IT 분야의 개념으로는 "하나의 작업을 수행하기 위해 필요한 DB의 연산들을 모아놓은 것으로 DB에서 논리적인 작업의 단위" 라고 말합니다.

 

RollBack

트랜잭션 중 오류가 발생하면, 지금까지 진행 된 작업은 전부 취소하고 DB 데이터를 이전 상태로 되돌립니다.

Commit

트랜잭션 내 모든 작업이 정상적으로 완료되었음을 DB에 알리고, 변경사항을 DB에 영구 저장합니다.

 

[그림1] 트랜잭션이 뭐 길래?

 

예시) 쇼핑몰에서 고객이 상품을 주문하면?

1. 주문 저장
2. 결제
3. 재고 차감
4. 포인트 적립

실패하면 전체 작업이 무효가 되어야 하고 주문이 성공하면 모든 작업이 DB에 저장됩니다.

 

 

 

 

트랜잭션의 4가지 속성 ACID

Atomicity (원자성)

• 트랜잭션 내 모든 작업이 모두 성공하거나, 모두 실패하거나
• 트랜잭션 내 작업이 1개라도 실패하면 모두 실패 처리를 해야 합니다.
• 김영웅이 이지금에게 20만원 계좌 이체 한다고 할 때 김영웅의 계좌에서 -20만원 이지금의 계좌에서 +20만원 연산이 성공해야합니다.

[그림2] 트랜잭션 원자성

 

Consistency (일관성)

• 트랜잭션 실행 전과 실행 후의 데이터는 항상 정합성 있는 상태여야 한다.
• 트랜잭션 전후의 데이터는 항상 제약 조건과 비즈니스 규칙을 만족해야합니다.
• 김영웅과 이지금의 자산이 총 150만원 이였다면 계좌 이체 후에도 트랜잭션 후에도 변함이 없어야 합니다.
  또는, 가지고 있는 돈보다 더 많은 돈을 이체하려고 한다면 Rule을 위반 했기 때문에 실패처리가 됩니다.

[그림3] 트랜잭션 일관성

 

Isolation (격리성)

• 여러 트랜잭션이 동시에 수행돼도 서로 영향을 주지 않아야 합니다.
• Concurrency Control(동시성 제어)의 주된 목표는 Isolation 입니다. 
• DBMS는 여러 종류의 Isolation Level(격리 레벨)을 제공합니다.
  격리 레벨은 아래에 더 추가적으로 알아보도록 하겠습니다.
• 김영웅이 이지금에게 20만원을 송금하는 순간에 제 3자가 50만을 송금하면 어떻게 될까요?
  이지금의 계좌를 +20만원 커밋을 안했는데 그 사이에 누가 50만원 송금을 하면 이전 돈에 +50만원이 되니 20만원은 날라가지 않을까요?
  → 이것을 깊게 다룬 것이 DBSM마다 다르게 동작하는 격리 수준을 아래에서 배워보도록 하겠습니다.

[그림4] 트랜잭션 격리성

 

Durability (지속성)

• 트랜잭션이 커밋되면, 시스템 장애가 나도 결과는 DB에 반드시 저장되어야 합니다.
• DB에 영구적으로 저장한다는 의미는 비휘발성 메모리(HDD, SSD)에 저장하는 것을 의미합니다.

[그림5] 트랜잭션 지속성

 

정리

속성	의미	계좌 이체 예시
Atomicity (원자성)	전부 성공 or 전부 실패	A에서 돈이 나갔는데 B에 입금 안되는 경우는 없음.
Consistency (일관성)	트랜잭션 전후 무결성 보장	A, B의 총 자산은 변하지 않아야 함.
Isolation (격리성)	동시에 실행되어도 간섭 없음	제 3자가 잔액을 조회해도 이체해도 안전.
Durability (지속성)	커밋되면 영구 보존	이체 이후 서버 장애가 나도 결과는 유지됨.

 

 

 

 

트랜잭션에서 문제 이상 현상

 

백엔드 개발자라면 앞으로 만나게될 상황이고 트랜잭션 격리레벨을 알기 위해서 알아두셔야합니다.

 

Dirty Read (더러운 읽기)

• 현재 트랜잭션이 다른 트랜잭션의 커밋되지 않은 데이터를 읽는 상황
• 즉, 아직 확정되지 않은 데이터를 읽었다가, 그 트랜잭션이 Rollback되면 엉더리 데이터를 읽는 이상한 상황입니다.
• @예시 시나리오
  • Transaction1 : A가 B에게 40만원 이체
  • Transaction2 : B는 이체된 값에 +20만원 이체
  • Transaction1 : 이체 오류로 인해 Rollback
  • Transaction2 : Rollback 되기 전으로 처리 되었기 때문에 +20만원 꽁돈 ^_^
  • 문제점 : 커밋되지 않은 데이터를 읽었기 때문에 데이터 정합성이 깨집니다.

Nonrepeatable Read (반복 불가능한 읽기)

• 하나의 트랜잭션 안에서 같은 조건으로 두번 읽었는데 다른 값으로 조회되는 상황
• 즉, 다른 트랜잭션이 시작 전에 읽었다가 그 트랜잭션이 Commit을 하고 다시 읽으면 다른 값으로 조회되는 이상한 상황입니다.
• @예시 시나리오
  • Transaction1 : A가 B의 계좌 잔액을 조회 (100만원)
  • Transaction2 : B가 자기 계좌에 20만원 이체하고 커밋
  • Transaction1 : A가 B의 계좌 잔액을 다시 조회 (120만원) → 비즈니스 상 데이터가 달라서 뭘 봐야할지 알수 없음 ^_^
  • 문제점 : 비즈니스 로직 오류를 유발할 수 있습니다.

Phantom Read (팬텀 읽기)

• 같은 조건으로 두번 읽었는데 첫 번째 읽었을 때와 다르게 새로운 데이터가 생기는 현상
• 즉, 다른 트랜잭션 시작 전에 읽었다가 그 트랜잭션이 Commit을 하고 다시 읽으면 값이 하나더 생기는 이상한 상황입니다.
• @예시 시나리오
  • Transaction1 : 30세 이상 유저만 검색 조회했을 경우 100명
  • Transaction2 : 35세인 뉴사용자가 생겨 데이터 추가되고 Commit
  • Transaction1 : 다시 같은 조건으로 30세 이상 유저만 검색 조회 했을 경우 101명으로 조회
  • 문제점 : 데이터 개수가 일관 되지 않습니다.

[그림6] 트랜잭션 이상현상

 

이 이상현상들을 모두 발생하지 않게 만들 수 있지만, 제약사항이 많아져서 동시 처리 가능한 트랜잭션 수가 줄어서 결국 DB의 처리량이 낮아지기 때문에 성능이 낮아진다고 할 수 있습니다.

 

 

 

 

트랜잭션 격리 레벨, 격리 수준

 

https://www.postgresql.org/docs/17/transaction-iso.html

13.2. Transaction Isolation

[그림7] PostgreSQL 트랜잭션 격리 레벨

 

PostgreSQL의 모든 격리 수준은 MVCC + Snapshot을 기반으로 합니다.

스냅샷은 트랜잭션 별로 메모리상의 구조체에 저장됩니다.

그래서 Commit할 때 변경된 데이터를 저장하고 Rollback할 때는 스냅샷을 다 날려버리게 되는 것입니다. 

 

MVCC는 다음 포스팅에 ^_^

 

Read Uncommitted

• PostgreSQL에서는 지원되지 않기 때문에 내부적으로 Read Commited로 처리됩니다.
• 즉, 다른 트랜잭션에서 아직 커밋되지 않은 데이터를 읽을 수 없습니다.

Read committed (기본)

• PostgreSQL에서 기본 격리 수준입니다.
• 쿼리 실행 시점에 커밋된 데이터만 읽습니다.
• 즉, 다른 트랜잭션에서 아직 커밋되지 않은 데이터를 읽을 수 없습니다.
• 일어날 수 있는 현상은 Nonrepeatable Read(반복 불가능한 읽기)와 Phantom Read(팬텀 리드)가 나타날 수 있습니다.

Repeatable read

• PostgreSQL에서 지원되는 격리 수준입니다.
• 트랜잭션 시작 시점의 스냅샷 기준으로 일관된 데이터를 반환합니다.
• 즉, 데이터가 변경되더라도 트랜잭션 내에서는 동일한 값을 읽습니다. 하지만 새로운 데이터 삽입은 영향을 줄 수 있습니다.
• 일어날 수 있는 현상은 Phantom Read(팬텀 리드)가 나타날 수 있습니다.

Serializable

• PostgreSQL에서 가장 높은 격리 수준을 가지고 있습니다.
• 트랜잭션이 직렬화된 것처럼(순서대로) 동작하도록 보장합니다.
• 동시성 충돌 시 예외를 발생시키며, 충돌을 자동으로 감지하고 롤백할 수 있습니다.
• 일어날 수 있는 현상은 없으며 대신 동시에 처리하는 DB 능력은 떨어 질 것입니다.

 

 

 

감사합니다.