[Spring DB-1] 문제 해결 - 트랜잭션

1. 기존 코드의 문제점

1.1. 애플리케이션 구조

애플리케이션에서 단순하지만 많이 사용하는 방법은 아래와 같이 3계층으로 나눈 방식이다.

• 프레젠테이션 계층: UI와 관련된 처리를 한다.
• 서비스 계층: 비지니스 로직을 담당한다.
• 데이터 접근 계층: 데이터베이스 접근을 담당한다. JDBC, JPA 등이 해당한다.

세 가지 계층 중 가장 중요한 것은 서비스 계층이다. 비지니스 로직이 담겨있기 때문에 최대한 변경 없이 유지되어야 하며 이를 위해 특정 기술에 종속적이지 않게 해야한다. 따라서 UI 관련 기술들은 프레젠테이션 계층에서, 데이터 접근 기술들은 데이터 접근 계층에서 담당하여 서비스 계층은 기술에 종속되지 않도록 한다.

1.2. 문제점

이전 비지니스 코드의 내용은 다음과 같다.

@Slf4j
@RequiredArgsConstructor
public class MemberServiceV2 {

    private final DataSource dataSource;
    private final MemberRepositoryV2 memberRepository;

    public void accountTransfer(String fromId, String toId, int money) throws SQLException {
        Connection con = dataSource.getConnection();

        try {
            con.setAutoCommit(false);
            bizLogic(fromId, toId, money, con);
            con.commit();
        } catch (Exception e) {
            con.rollback();
            throw new IllegalStateException(e);
        } finally {
            if (con != null) {
                try {
                    con.setAutoCommit(true);
                    con.close();
                } catch (Exception e) {
                    log.info("error", e);
                }
            }
        }
    }

    private void bizLogic(String fromId, String toId, int money, Connection con) 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);
    }
}

• 트랜잭션은 비지니스 로직이 있는 서비스 계층에서 시작하는 것이 좋다. 
• DataSource, Connection, SQLException은 모두 JDBC 관련 기술이다. 즉, 특정 기술에 종속되어 사용된다.
• 비지니스 로직과 JDBC 기술이 섞여서 유지보수가 어렵다.

스프링은 서비스 계층을 순수하게 유지하고 위와 같은 문제들을 해결하기 위해 다양한 기술들을 제공한다.

2. 트랜잭션 추상화 & 동기화

2.1. 트랜잭션 추상화

트랜잭션은 구현 기술마다 처리하는 방법이 다르다. 따라서 서비스 계층이 JDBC 기술에 의존하면, JDBC를 향후 다른 기술로 바꿀 때 JDBC 관련 코드는 모두 변경해야 한다. 이러한 문제를 해결하려면 트랜잭션을 추상화하면 된다. 트랜잭션은 트랜잭션 시작, 커밋, 롤백 관련 함수만 있으면 되므로 아래와 같이 인터페이스를 정의할 수 있다.

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

이렇게 추상화된 트랜잭션을 사용하면, 서비스 계층은 특정 기술에 의존하지 않아도 되고, 추상화된 인터페이스에만 의존하므로 위와 같은 문제를 해결할 수 있다. 하지만 위와 같이 인터페이스를 만들어 놓고, 각 기술마다 구현체를 만드는 것은 굉장히 귀찮다. 따라서 스프링은 이를 위해 트랜잭션 추상화 기술도 제공한다. 스프링의 PlatformTransactionManger 인터페이스 코드는 다음과 같다.

public interface PlatformTransactionManager extends TransactionManager {
    TransactionStatus getTransaction(@Nullable TransactionDefinition definition) throws TransactionException;
    void commit(TransactionStatus status) throws TransactionException;
    void rollback(TransactionStatus status) throws TransactionException;
}

2.2. 트랜잭션 동기화

이전까지 코드를 보면 하나의 트랜잭션은 같은 세션을 사용해야 하므로 하나의 connection만을 사용했다. 따라서 bizLogic() 메서드의 코드를 보면 findById, update 등의 메서드에서 Connection 객체를 파라미터로 넘기는 것을 확인할 수 있다. 이런 방식을 사용하면 코드가 복잡해지는 등의 단점이 존재한다. 이러한 트랜잭션 동기화 역시 스프링은 ThreadLocal을 통해 제공한다. (ThreadLocal은 트랜잭션 동기화 매니저에서 사용된다.) 그림으로 보면 다음과 같다.

• 트랜잭션 매니저가 커넥션을 만들어 트랜잭션을 시작한다.
• 해당 커넥션을 트랜잭션 동기화 매니저에 보관한다.
• 이후 Repository(Data Access Logic)의 코드가 실행될 때 해당 커넥션을 꺼내서 사용한다.
• 트랜잭션이 종료되면 보관된 커넥션으로 트랜잭션을 종료하고 커넥션도 닫는다.

3. 문제 해결

3.1. 트랜잭션 매니저

먼저 트랜잭션 동기화 문제를 해결하기 위해, DB에 쿼리를 전달하는 Repository 클래스의 코드 중 close 메서드와 getConnection 메서드를 아래와 같이 수정했다.

private void close(Connection con, Statement st, ResultSet rs) throws SQLException {
    JdbcUtils.closeResultSet(rs);
    JdbcUtils.closeStatement(st);
    DataSourceUtils.releaseConnection(con, dataSource);
}

public Connection getConnection() throws SQLException {
    Connection connection = DataSourceUtils.getConnection(dataSource);
    return connection;
}

• DataSourceUtils.releaseConnection(): 기존 코드에서는 JdbcUtils.closeConnection(con)을 사용했다. 하지만 이 방식은 close 메서드가 동작하면 무조건 connection을 닫는다. 하지만 우리는 세션을 유지해야 하므로 이 방식을 사용하면 안된다. 이때 DataSourceUtils를 사용하면 트랜잭션을 사용하기 위해 동기화된 커넥션은 닫지 않고 유지해주고, 동기화 매니저가 관리하는 커넥션이 없는 경우는 커넥션을 닫는다.
• DataSourceUtils.getConnection(): DataSourceUtils의 getConnection 메서드는 트랜잭션 동기화 매니저가 관리하는 커넥션이 있는 경우 해당 커넥션을 반환한다. 커넥션이 없는 경우, 새로운 커넥션을 생성 후 반환한다.

그리고 비지니스 로직을 담당하던 서비스 계층은 트랜잭션 매니저를 사용하도록 해야한다. 따라서 아래와 같이 PlatfromTransactionManger를 활용하도록 코드를 변경한다.

@Slf4j
@RequiredArgsConstructor
public class MemberServiceV3 {

    private final PlatformTransactionManager transactionManager;
    private final MemberRepositoryV3 memberRepository;

    public void accountTransfer(String fromId, String toId, int money) throws SQLException {
        TransactionStatus status = transactionManager.getTransaction(new DefaultTransactionDefinition());

        try {
            bizLogic(fromId, toId, money);
            transactionManager.commit(status);
        } catch (Exception e) {
            transactionManager.rollback(status);
            throw new IllegalStateException(e);
        }
    }

    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);
        memberRepository.update(toId, toMember.getMoney() + money);
    }
}

• transactionManager.getTransaction(): 트랜잭션 시작을 위한 메서드다. 파라미터로 TransactionDefinition을 넣어야하는 별도의 설정이 필요없다면 위와 같이 DefaultTransactionDefinition 객체를 넣어주면 된다. 반환은 TransactionStatus 객체를 반환하고 이후 이 status를 통해 트랜잭션을 관리한다.
• transactionManager.commit(): 커밋시 사용하는 메서드다.
• transactionManager.rollback(): 롤백시 사용하는 메서드다.

이후 MemberServiceV3 클래스의 객체를 선언할 때 transactionManager를 초기화해야하는데, JDBC의 Datasource를 사용하는 경우 new DataSourceTransactionManager(DataSource dataSource) 생성자를 사용하면 된다.

3.2. 트랜잭션 템플릿

위의 코드를 보면 기본적으로 트랜잭션은 트랜잭션 시작 → 비지니스 로직 수행 → 커밋/롤백 순서로 이루어진다. 근데 생각해보면 각각의 비지니스 로직마다 트랜잭션 시작과 커밋/로백은 동일한 코드들은 중복될 것이고 바뀌는 부분은 비지니스 로직뿐이다. 이러한 코드 중복을 방지하기 위해 템플릿 콜백 패턴을 사용할 수 있다. 템플릿 콜백 패턴을 사용하기 위해서는 템플릿을 제공하는 클래스가 있어야 한다. 스프링은 이를 위해 TransactionTemplate이라는 템플릿 클래스를 제공한다. 기존 서비스 코드는 아래와 같이 간단해진다.

@Slf4j
public class MemberServiceV3 {

    private final TransactionTemplate transactionTemplate;
    private final MemberRepositoryV3 memberRepository;

    public MemberServiceV3_2(PlatformTransactionManager transactionManager, MemberRepositoryV3 memberRepository) {
        this.transactionTemplate = new TransactionTemplate((transactionManager));
        this.memberRepository = memberRepository;
    }

    public void accountTransfer(String fromId, String toId, int money) throws SQLException {
        transactionTemplate.executeWithoutResult((status) -> {
            try {
                bizLogic(fromId, toId, money);
            } catch (SQLException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
        });
    });

    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);
        memberRepository.update(toId, toMember.getMoney() + money);
    }
}

3.3. 트랜잭션 AOP

하지만 위 서비스 코드에는 아직도 서비스 로직에 트랜잭션 처리 기술 로직이 포함되어 있다. 이를 위해 스프링 AOP를 통해 프록시를 도입하여 문제를 해결할 수 있다. 기존 우리 코드의 동작은 아래와 같다.

• 클라이언트에서 요청이 들어오면, 해당 요청을 처리하기 위한 비지니스 로직 시작 전에 트랜잭션을 시작한다. 이후 비지니스 로직이 작동하면서 필요한 경우 데이터 접근 로직을 호출하고, 모든 작업 완료 후 트랜잭션이 종료된다.
• 이때 트랜잭션 관리와 비지니스 로직을 Service에서 담당하고, 데이터 접근 로직은 Repository에서 담당하고 있다.

만약 프록시를 도입하면 아래와 같이 구성된다.

• Proxy에서 트랜잭션 처리, Service에서 비지니스 로직, Repository에서 데이터 접근 로직을 담당하여 단일 책임의 원칙이 잘 지켜진다.
• 즉, 기존의 트랜잭션 시작, 커밋, 롤백 등의 코드는 모두 Proxy에 옮겨간다.

이러한 Transaction AOP를 위해 스프링은 @Transactional을 제공한다. 기존의 서비스 코드는 다음과 같이 변경된다.

@Slf4j
@RequiredArgsConstructor
public class MemberServiceV3 {

    private final MemberRepositoryV3 memberRepository;

    @Transactional
    public void accountTransfer(String fromId, String toId, int money) throws SQLException {
        bizLogic(fromId, toId, money);
    }

    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);
        memberRepository.update(toId, toMember.getMoney() + money);
    }
}

이렇게  @Transactional 어노테이션 하나만 선언해 편리하게 트랜잭션을 관리하는 것을 선언적 트랜잭션 관리(Declarative Transaction Management)라고 부르고, 이전에 코드를 통해 직접 관리하던 방식을 프로그래밍 방식의 트랜잭션 관리(Programmatic Transaction Management)라고 한다. 보통 선언적 트랜잭션 관리 방식을 많이 사용한다.

4. 스프링 부트 자동 리소스 등록

스프링 부트는 DataSource를 자동으로 스프링 빈에 등록할 수 있다. 아래와 같이 application.properties에 다음 속성들을 작성해주면 된다.

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

• 기본적으로는 HikariDataSource를 생성하며 다른 DataSource를 사용하고 싶다면 관련 설정을 해주면 된다.

스프링 부트는 PlatformTransactionManager도 자동으로 스프링 빈에 등록해준다. 스프링 빈의 이름은 transactionManager로 등록되며, 현재 등록된 라이브러리를 보고 DataSourceTransactionManager를 등록할지, JpaTransactionManager를 등록할지 정한다.

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