[Transaction & ACID]란 무엇인가

DATABASE

Haksae 2022. 3. 31. 14:20

1. Transaction (트랜잭션)

트랜잭션이란 "더이상 분할이 불가능한 업무처리의 단위" 혹은 "읽기와 쓰기를 하나의 논리적 단위로 묶는 방법"을 의미한다.

위의 정의를 조금 풀어서 설명하면 다음과 같다.
- 트랜잭션이란 질의(query)를 하나의 묶음으로 처리해서 만약 중간에 실행이 중단되었을 경우, 처음부터 다시 실행하는 Rollback을 수행하고, 오류 없이 실행을 마칠 경우 commit하는 실행 단위를 의미한다.
- 즉, 한 번 질의가 실행되면 질의가 모두 수행되거나 모두 수행되지 않는 작업 수행의 논리적 단위이다. (all-or-nothing)
트랜잭션은 작업 수행의 논리적 단위이므로, DBMS의 성능은 초당 트랜잭션의 실행 수 (TPS: Transaction per second)로 측정한다.

트랜잭션은 DB 서버에 여러 개의 클라이언트가 동시에 엑세스 하거나 응용프로그램이 갱신을 처리하는 과정에서 중단될 수 있는 경우 등 데이터 부정합을 방지하고자 할 때 사용된다.
부정합이 발생하지 않으려면 프로세스를 병렬로 처리하지 않도록 하여 한번에 하나의 프로세스만 처리하도록 하면 되는데, 이는 매우 효율이 떨어진다.
그렇기에, 병렬로 처리할 수 밖에 없는 상황에서 부정합을 방지하고자 트랜잭션을 사용한다.
즉 위에서 말한 데이터 거래 시, all-or-nothing으로 결과를 반영하는 것이다.

트랜잭션에서 원자성은 수행하고 있는 트랜잭션에 의해 변경된 내역을 유지하면서, 이전에 commit된 상태를 임시 영역에 따로 저장함으로써 보장한다.
즉, 현재 수행하고 있던 트랜잭션에서 오류가 발생하면 현재 내역을 날려버리고, 임시 영역에 저장했던 상태로 Rollback한다.
이전 데이터들이 임시로 저장되는 영역을 롤백 세그먼트(rollback segment)라고 하며, 현재 수행하고 있는 트랜잭션에 의해 새롭게 변경되는 내역을 데이터베이스 테이블이라 한다.
즉, 트랜잭션의 원자성은 롤백 세그먼트에 의해 보장된다.

트랜잭션에서 일관성은 트랜잭션 수행 전, 후에 데이터 모델의 모든 제약 조건(기본키, 외래키, 도메인, 도메인 제약 조건 등)을 만족하는 것을 통해 보장된다.
트랜잭션의 일관성은 어떤 이벤트와 조건이 발생했을 때, 트리거(Trigger)를 통해 보장된다.
트리거는 데이터베이스 시스템이 자동적으로 수행할 동작을 명시하는데 사용된다.

a) 병행 처리 (concurrent processing)

CPU가 여러 프로세스를 처리하는 것처럼, 트랜잭션에 정해진 시간을 할당해서 작업을 하다가 부여된 시간이 끝나면 다른 트랜잭션을 실행하는 방식으로 트랜잭션들을 처리하는 것을 의미한다.
그러나 병렬로 처리하면 많은 트랜잭션들이 데이터를 처리하는 과정에서 공통된 데이터를 조작하게되어, 혼란을 야기시킬 수 있다.
이런 방식으로 공통된 데이터가 처리되거나 간섭되면, 갱신분실, 오손판독, 반복불가능, 팬텀 문제 등 여러 문제가 발생될 수 있다.
그렇기에 트랜잭션에서 고립성 보장인 필수적이다.

b) 고립성 보장

OS의 세마포어(semaphore)와 비슷한 개념으로 lock & excute unlock을 통해 고립성을 보장할 수 있다.
즉, 데이터를 읽거나 쓸 때는 문을 잠궈서 다른 트랜잭션이 접근하지 못하도록 고립성을 보장하고, 수행을 마치면 unlock을 통해 데이터를 다른 트랜잭션이 접근할 수 있도록 허용하는 방식이다.
트랜잭션에서는 데이터를 읽을 때 여러 트랜잭션이 읽을 수는 있도록 허용하는 shared_lock을 한다.
또한 데이터를 쓸 때는 다른 트랜잭션이 읽을 수도 쓸 수도 없도록 하는 exclusive_lock을 사용한다.
모든 읽기, 쓰기 작업이 끝나면 unlock을 통해 다른 트랜잭션이 lock을 할 수 있도록 데이터에 대한 lock을 풀어준다.
유의해야할 점은 lock과 unlock을 잘못 사용하면 데드락(deadlock) 상태에 빠질 수 있다. (모든 트랜잭션이 아무 것도 수행할 수 없는 상태)