스프링의 트랜잭션

스프링 없이 트랜잭션을 적용한 예제

우선 스프링 없이 트랜잭션을 적용한 예제를 살펴보자.

 

애플리케이션에서 트랜잭션을 적용할 때 주의할 점은 다음과 같다.

• 트랜잭션은 비즈니스 로직이 있는 서비스 계층에서 시작해야 한다. 비즈니스 로직에서 예외가 발생하면 비즈니스 로직에서 실행된 모든 부분이 함께 롤백되어야 하기 때문이다. 그런데 트랜잭션을 시작하려면, 우선 커넥션이 있어야 한다. 따라서 서비스 계층에서 커넥션을 획득하고, 트랜잭션 종료(커밋/롤백) 후에 커넥션을 종료해야 한다.
• 트랜잭션을 사용하는 동안 실행되는 로직들은 모두 같은 커넥션을 사용해야 한다. 그래야 DB의 같은 세션을 사용하여 정상적으로 트랜잭션이 동작할 수 있다.

트랜잭션을 적용한 예제는 다음과 같다.

@Slf4j
@RequiredArgsConstructor
public class MemberService {

    private final DataSource dataSource;
    private final MemberRepository memberRepository;
     
    public void accountTransfer(String fromId, String toId, int money) throws SQLException {
        Connection con = dataSource.getConnection(); // 서비스 계층에서 커넥션 획득
        try {
            con.setAutoCommit(false); // 트랜잭션 시작(수동 커밋)
            bizLogic(con, fromId, toId, money); // 비즈니스 로직
            con.commit(); //성공시 커밋 
        } catch (Exception e) {
            con.rollback(); //실패시 롤백
            throw new IllegalStateException(e);
        } finally {
            release(con); // 서비스 계층에서 커넥션 종료
        }
    }
    
    private void bizLogic(Connection con, String fromId, String toId, int money) throws SQLException {
        Member fromMember = memberRepository.findById(con, fromId);
        Member toMember = memberRepository.findById(con, toId);
        memberRepository.update(con, fromId, fromMember.getMoney() - money);
        memberRepository.update(con, toId, toMember.getMoney() + money);
    }
    
    private void release(Connection con) {
        if (con != null) {
            try {
            con.setAutoCommit(true); //커넥션 풀을 고려해서 자동 커밋 모드로 변경 후 종료 
            con.close();
        } catch (Exception e) {
            log.info("error", e);
        } 
    }
}

@Slf4j
public class MemberRepository {

    private final DataSource dataSource;
    
    public MemberRepository(DataSource dataSource) {
        this.dataSource = dataSource;
    }
    
    // 파라미터로 전달받은 커넥션을 사용
    public Member update(Connection con, String memberId, int money) throws SQLException {
        String sql = "update member set money=? where member_id=?";
        PreparedStatement pstmt = null;
        
        try {
            pstmt = con.prepareStatement(sql);
            pstmt.setInt(1, money);
            pstmt.setString(2, memberId);
            pstmt.executeUpdate(); // sql 실행
           
        } catch (SQLException e) {
            log.error("db error", e);
            throw e;
        } finally {
            //connection은 여기서 닫지 않음
            JdbcUtils.closeStatement(pstmt);
        } 
    }
}

 

주목할 점은 다음과 같다.

• 서비스 계층에서 트랜잭션을 시작하고 종료한다.
  • 트랜잭션 시작: con.setAutoCommit(false)
  • 트랜잭션 종료: con.commit(), con.rollback()
• 서비스 계층에서 트랜잭션을 위한 커넥션을 획득하고 종료한다. 따라서 해당 계층에서 로직을 수행하는 동안 리포지토리 계층에서 사용되는 커넥션은 모두 같은 커넥션이다. 따라서 동일한 DB 세션을 사용하게 되어 트랜잭션이 정상적으로 동작한다.
  • 서비스 계층에서 커넥션 획득: Connection con = dataSource.getConnection(); 
  • 서비스 계층에서 커넥션 종료: con.close() (이때 만약 커넥션 풀을 사용한다면 con.close()를 사용해도 커넥션이 종료되지 않고 커넥션 풀에 반납된다. 따라서 커넥션 풀을 사용할 경우를 고려하여 자동 커밋 모드로 변경한 후에 커넥션을 종료해준다.)

그런데 이렇게 애플리케이션 로직에 트랜잭션을 적용했을 때 문제가 있다.

• 서비스 계층이 JDBC 기술에 의존하는 문제
  • 향후 UI나 DB 관련 기술이 변해도 서비스 계층의 비즈니스 로직은 최대한 변경이 없어야 한다. 따라서 서비스 계층은 가급적 특정 비즈니스 로직에 종속적이지 않아야 한다.
  • 그러나 트랜잭션을 사용하기 위해 서비스 계층이 javax.sql.DataSource, java.sql.Connection, java.sql.SQLException 같은 JDBC 기술에 의존하고 있다. 
  • 따라서 향후 JDBC에서 JPA 같은 기술로 변경하다면, 서비스 계층의 로직도 모두 변경해야 한다. 트랜잭션을 사용하는 코드는 다음과 같이 데이터 접근 기술마다 다르다. 
    • JDBC에서 트랜잭션을 시작하는 코드: con.setAutoCommit(false)
    • JPA에서 트랜잭션을 시작하는 코드
      • EntityTransaction tx = em.getTransaction(): 트랜잭션 기능 획득
      • tx.begin(): 트랜잭션 시작
      • tx.commit(), tm.rollback(): 트랜잭션 커밋, 롤백
• 트랜잭션 동기화 문제
  • 같은 트랜잭션 내에서 같은 커넥션을 사용하기 위해 리포지토리를 호출할 때 커넥션을 파라미터로 넘겨야 했다. 그런데 만약 트랜잭션을 유지하지 않아도 되는 경우도 있다면, 같은 메소드도 파라미터로 커넥션을 전달받는 메소드, 커넥션을 전달받지 않는 메소드로 나눠야 한다.
  • 이렇게 같은 커넥션을 유지하기 위해 코드를 작성하기가 번거롭다.
• 트랜잭션 적용 코드가 많아지고 반복되는 문제 
  • 서비스 계층에 비즈니스 로직과 트랜잭션을 처리하는 코드가 섞여 있어서 지저분하다.
  • 트랜잭션 처리 코드는 반복된다.

스프링을 통해 트랜잭션을 적용하면 이런 문제를 해결할 수 있다. 

스프링의 트랜잭션

트랜잭션 매니저(트랜잭션 추상화)

트랜잭션은 사실 단순하다. 트랜잭션을 시작하고, 비즈니스 로직이 끝나면 커밋 또는 롤백하면 된다. 따라서 트랜잭션 추상화 인터페이스를 만들고, 각각의 데이터 접근 기술에 맞는 인터페이스 구현체를 만들면 된다. 이를 통해 서비스 계층은 트랜잭션 추상화 인터페이스에만 의존하면 되고, 향후 데이터 접근 기술이 바뀌어도 서비스 계층의 코드는 변경될 필요가 없다.

 

트랜잭션 추상화 전은 다음과 같다.

트랜잭션 추상화 후는 다음과 같다. 서비스 계층은 추상화 인터페이스에만 의존한다. 

스프링은 PlatformTransactionManager라는 인터페이스를 제공한다. 그리고 각 데이터 접근 기술에 따른 구현체도 제공한다. 따라서 PlatformTransactionManager라는 트랜잭션 매니저를 통해 트랜잭션 추상화가 가능하다. 따라서 서비스 계층은 인터페이스에만 의존할 수 있다.

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 진행중인 트랜잭션이 있는 경우 해당 트랜잭션에 참여할 수 있기 때문이다.
• commit(): 트랜잭션을 커밋한다.
• rollback(): 트랜잭션을 롤백한다. 

트랜잭션 동기화 매니저(리소스 동기화)

트랜잭션이 정상적으로 동작하려면 동일한 커넥션을 통해 동일한 세션에 접근해야 한다. 즉 커넥션을 유지해야 한다. 이를 위해 기존에는 파라미터로 커넥션을 전달하는 방법을 사용했는데, 이는 코드가 지저분해지고 커넥션을 전달하는 메소드와 전달하지 않는 메소드를 만들어야 하는 등의 단점이 있었다. 

 

스프링은 트랜잭션 동기화 매니저를 제공한다. 트랜잭션 동기화 매니저는 쓰레드 로컬(ThreadLocal)을 사용해서 커넥션을 동기화해준다. 트랜잭션 매니저는 내부에서 트랜잭션 동기화 매니저를 사용한다. 

트랜잭션 매니저가 트랜잭션 동기화 매니저를 통해 동기화를 하는 방법은 다음과 같다.

1. 트랜잭션을 시작하려면 커넥션이 필요한데, 트랜잭션 매니저는 DataSource를 통해 커넥션을 생성하고 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.

스프링이 제공하는 트랜잭션 매니저(PlatformTransactionManager)를 적용한 예제는 다음과 같다.

@Slf4j
@RequiredArgsConstructor
public class MemberService {

    private final PlatformTransactionManager transactionManager; // 트랜잭션 매니저
    private final MemberRepository memberRepository;
     
    public void accountTransfer(String fromId, String toId, int money) throws SQLException {
        //트랜잭션 시작
        TransactionStatus status = transactionManager.getTransaction(new DefaultTransactionDefinition());
        try {
            bizLogic(con, fromId, toId, money); // 비즈니스 로직
            transactionManager.commit(status); //성공시 커밋 
        } catch (Exception e) {
            transactionManager.rollback(status); //실패시 롤백
            throw new IllegalStateException(e);
        } 
    }
    
    private void bizLogic(Connection con, String fromId, String toId, int money) throws SQLException {
        Member fromMember = memberRepository.findById(con, fromId);
        Member toMember = memberRepository.findById(con, toId);
        memberRepository.update(con, fromId, fromMember.getMoney() - money);
        memberRepository.update(con, toId, toMember.getMoney() + money);
    }
}

@Slf4j
public class MemberRepository {

    private final DataSource dataSource;
    
    public MemberRepository(DataSource dataSource) {
        this.dataSource = dataSource;
    }
    
    // 파라미터로 커넥션을 전달할 필요 없음
    public Member update(String memberId, int money) throws SQLException {
        String sql = "update member set money=? where member_id=?";
        Connection con = null;
        PreparedStatement pstmt = null;
        
        try {
            // 트랜잭션 동기화를 사용하려면 DataSourceUtils를 통해 커넥션을 받아와야 함 
            con = DataSourceUtils.getConnection(dataSource); 
            pstmt = con.prepareStatement(sql);
            pstmt.setInt(1, money);
            pstmt.setString(2, memberId);
            pstmt.executeUpdate(); // sql 실행
           
        } catch (SQLException e) {
            log.error("db error", e);
            throw e;
        } finally {
            JdbcUtils.closeStatement(stmt);
            // 트랜잭션 동기화를 사용하려면 DataSourceUtils를 통해 커넥션을 닫아야 함 
            DataSourceUtils.releaseConnection(con, dataSource);
        } 
    }
}

 

기존에는 서비스 계층에서 커넥션의 획득과 종료가 일어났다. 그러나 이제는 리포지토리에서 커넥션의 획득과 종료가 일어난다. 그리고 파라미터로 커넥션을 전달받지 않아도 된다. 트랜잭션 매니저를 통해 트랜잭션 동기화가 이뤄지기 때문이다. 

 

흐름은 다음과 같다. (참고로, 트랜잭션 매니저 구현체 중 JDBC 구현체인 DataSourceTransactionManager의 동작 방식이다.)

• 서비스 계층에서 transactionManager.getTransaction()을 통해 트랜잭션을 시작한다.
  1. 트랜잭션을 시작하려면 먼저 커넥션이 필요하다. 트랜잭션 매니저는 내부의 DataSource를 사용해서 커넥션을 생성한다.
  2. 커넥션을 수동 커밋 모드로 변경해서 실제 데이터베이스 트랜잭션을 시작한다.
  3. 트랜잭션이 시작된 커넥션을 트랜잭션 동기화 매니저에 보관한다.
  4. 동기화 매니저는 쓰레드 로컬에 커넥션을 보관한다. 따라서 멀티 쓰레드 환경에 안전하게 커넥션을 보관할 수 있다.
• 서비스 계층에서 비즈니스 로직을 실행하면서 리포지토리의 메소드들을 호출한다. 이때 커넥션을 파라미터로 전달하지 않아도 된다. 서비스 계층에서 커넥션을 생성하고 종료하던 이전 예제와 달리, 이제는 리포지토리에서 트랜잭션 동기화 매니저에 보관된 커넥션을 가져다 쓴다. 그리고 사용 후에는 커넥션을 바로 종료하지 않고 커넥션을 유지하며 트랜잭션 동기화 매니저에 반납한다.
  • 커넥션 획득하기 위해서 DataSourceUtils.getConnection()을 사용해야 한다. 그래야지 트랜잭션 동기화 매니저가 관리하는 커넥션을 받아올 수 있다.
    • 트랜잭션 동기화 매니저가 관리하는 커넥션이 있으면 해당 커넥션을 반환한다.
    • 트랜잭션 동기화 매니저가 관리하는 커넥션이 없는 경우 새로운 커넥션을 생성해서 반환한다.
  • 커넥션을 종료하기 위해서는 DataSourceUtils.releaseConnection()를 사용해야 한다. 그래야지 con.close()와 달리 커넥션을 바로 닫지 않고 동기화를 유지할 수 있다.
    • 트랜잭션 동기화 매니저에 의해 관리되는 커넥션이면, 동기화를 위해 커넥션을 닫지 않고 유지한다.
    • 트랜잭션 동기화 매니저에 의해 관리되는 커넥션이 아니면, 해당 커넥션을 닫는다.
•  비즈니스 로직이 끝나면 트랜잭션 매니저는 커밋 또는 롤백을 하며 트랜잭션을 종료한다. 이때 커밋 또는 롤백을 하기 위해서는 커넥션이 필요하다. 따라서 트랜잭션 매니저는 그리고 트랜잭션 동기화 매니저를 통해 사용했던 커넥션을 획득하고 이를 통해 커밋 또는 롤백을 한다. 
• 그리고 트랜잭션 매니저는 해당 커넥션을 종료한다. 

트랜잭션 AOP

스프링이 제공하는 트랜잭션 매니저와 트랜잭션 동기화 매니저를 통해 서비스 계층은 인터페이스에만 의존할 수 있게 되었고, 트랜잭션 내에서 동일한 커넥션을 유지할 수 있게 되었다. 그러나 여전히 서비스 계층에는 비즈니스 로직 외에 트랜잭션 처리 로직이 존재한다. 즉 서비스 계층에는 순수한 비즈니스 로직만 있어야 하는데 비즈니스 로직과 트랜잭션 처리 로직이 함께 있어서 유지보수에 좋지 않다. 스프링 AOP를 도입하면 이러한 문제를 해결할 수 있다.

 

프록시 도입 전에는 다음과 같이 서비스 계층에 트랜잭션 처리 로직과 비즈니스 로직이 함께 섞여 있었다.

프록시 도입 후에는 프록시를 통해 서비스 계층에서 순수한 비즈니스 로직만 남길 수 있다.

트랜잭션 프록시 클래스는 다음과 같은 모습일 것이다.

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);
        } 
    }
}

 

스프링은 트랜잭션 AOP를 적용할 수 있도록 관련된 모든 기능을 제공한다. 그리고 스프링 부트를 사용하면 트랜잭션 AOP를 처리하기 위해 필요한 클래스들을 스프링 빈으로 자동 등록해준다(ex, 어드바이저, 포인트컷, 어드바이스). 따라서 개발자는 트랜잭션을 적용한 메소드 또는 클래스에 @Transactional만 붙여주면 된다. 그러면 스프링의 트랜잭션 AOP는 이 어노테이션을 인식해서 적용되어 프록시를 적용해준다.

스프링의 트랜잭션 정리

지금까지 스프링이 트랜잭션의 추상화와 동기화를 위해 트랜잭션 매니저와 트랜잭션 동기화 매니저를 제공하고, 순수한 서비스 계층을 유지하기 위해 트랜잭션 AOP를 제공한다는 것을 살펴봤다.

• 트랜잭션 매니저를 통해 추상화함으로써 서비스 계층은 인터페이스에만 의존한다. 따라서 데이터 접근 기술이 변경되어도 서비스 계층에서 트랜잭션을 처리하는 코드는 변경하지 않아도 된다. 스프링이 각 데이터 접근 기술에 따른 트랜잭션 매니저 인터페이스의 구현체를 제공하기 때문이다. 
• 트랜잭션 동기화 매니저를 통해 트랜잭션 내에서 동일한 커넥션을 사용할 수 있게 되었다. 리포지토리에서 트랜잭션 동기화 매니저에 보관된 커넥션을 가져다 쓰고, 반납하기 때문이다.
• 그러나 트랜잭션 매니저와 트랜잭션 동기화 매니저를 사용하더라도, 여전히 서비스 계층에 비즈니스 로직과 트랜잭션 처리 로직이 섞이는 문제가 있다. 스프링은 트랜잭션 AOP를 제공함으로써 트랜잭션 처리 로직은 프록시 객체가 가져가고, 서비스 계층에는 순수한 비즈니스 로직만 남길 수 있게 해준다. 

프로그래밍 방식의 트랜잭션 관리 vs 선언적 트랜잭션 관리

• 이때 트랜잭션 매니저 또는 트랜잭션 템플릿 등을 통해 트랜잭션 관련 코드를 직접 작성하는 것을 프로그래밍 방식의 트랜잭션 관리라고 하고, @Transactional 어노테이션을 통해 AOP를 적용하는 것을 선언적 트랜잭션 관리라고 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.

스프링 부트의 자동 리소스 등록

스프링에서 데이터베이스를 사용하고 트랜잭션 기능을 사용하려면 데이터소스와 트랜잭션 매니저가 필요하다. 즉, 데이터소스와 트랜잭션 매니저를 스프링 빈으로 등록해야 한다. 그러나 스프링 부트를 사용하면 스프링 부트가 데이터소스와 트랜잭션 매니저를 자동으로 등록해준다. 

데이터 소스 자동 등록

• 스프링 부트는 다음과 같은 application.properties 속성을 사용해서 데이터소스를 생성하고 빈으로 등록한다.

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

• 이때 자동으로 등록되는 데이터소스는 빈 이름은 dataSource이다.
• 스프링 부트가 기본으로 생성하는 데이터소스는 커넥션풀을 제공하는 HikariDataSource이다. 커넥션풀과 관련된 설정도 application.properties를 통해서 지정할 수 있다.
• spring.datasource.url 속성이 없으면 내장 데이터베이스(메모리 DB)를 생성하려고 시도한다.
  
• 만약 개발자가 직접 데이터소스를 빈으로 등록하면 스프링 부트는 데이터소스를 자동으로 등록하지 않는다.

트랜잭션 매니저 자동 등록

• 스프링 부트는 적절한 트랜잭션 매니저(PlatformTransactionManager)를 자동으로 스프링 빈에 등록한다.
• 이때 자동으로 등록되는 트랜잭션 매니저 빈 이름은 transactionManager이다.
• 어떤 트랜잭션 매니저를 등록할지는 라이브러리를 보고 판단한다. JDBC를 기술을 사용하면 DataSourceTransactionManager를 빈으로 등록하고, JPA를 사용하면 JpaTransactionManager를 빈으로 등록한다. 둘다 사용하는 경우에는 JpaTransactionManager를 등록한다. (참고로 JpaTransactionManager는 DataSourceTransactionManager가 제공하는 기능도 대부분 지원한다.)
• 만약 개발자가 직접 트랜잭션 매니저를 빈으로 등록하면 스프링 부트는 트랜잭션 매니저를 자동으로 등록하지 않는다.

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Reference

• 인프런, 스프링 DB 1편 - 데이터 접근 핵심 원리,김영한