트랜잭션 관리 (TCL)

트랜잭션 관리와 ACID 특성: 데이터베이스 일관성 유지하기

Byleader.bettermind@gmail.com

트랜잭션 관리(TCL)는 데이터베이스에서 데이터의 일관성을 유지하는 중요한 개념입니다. COMMIT으로 변경 사항을 확정하고, ROLLBACK으로 취소할 수 있습니다. SAVEPOINT를 사용해 중간 지점을 설정할 수 있으며, 트랜잭션의 ACID 특성과 격리 수준, 잠금 메커니즘도 이해해야 합니다.

트랜잭션 관리 (TCL)

트랜잭션의 개념

트랜잭션은 데이터베이스에서 수행되는 작업의 단위로, 하나 이상의 데이터베이스 조작을 포함합니다. 트랜잭션은 데이터의 일관성을 보장하기 위해 반드시 완전하게 실행되거나 전혀 실행되지 않아야 합니다. 이를 통해 데이터베이스의 상태가 항상 일관되게 유지됩니다.

트랜잭션의 주요 특성

트랜잭션은 다음과 같은 네 가지 주요 특성을 가집니다. 이를 ACID라고 부르며, 각 특성은 데이터베이스의 신뢰성을 높이는 데 중요한 역할을 합니다.

  1. Atomicity (원자성): 트랜잭션 내의 모든 작업이 성공적으로 완료되거나, 실패 시 모든 작업이 취소되어야 합니다. 즉, 트랜잭션은 "모두 또는 아무것도"의 원칙을 따릅니다.

  2. Consistency (일관성): 트랜잭션이 실행되기 전과 후의 데이터베이스 상태가 일관되어야 합니다. 데이터베이스의 규칙이나 제약 조건이 항상 유지되어야 합니다.

  3. Isolation (격리성): 동시에 실행되는 트랜잭션들이 서로의 영향을 미치지 않아야 합니다. 각 트랜잭션은 독립적으로 수행되어야 하며, 다른 트랜잭션의 중간 상태를 볼 수 없어야 합니다.

  1. Durability (지속성): 트랜잭션이 성공적으로 완료된 후, 그 결과는 영구적으로 저장되어야 합니다. 시스템 장애가 발생하더라도 데이터는 손실되지 않아야 합니다.

트랜잭션 예제

트랜잭션의 개념을 이해하기 위해 간단한 예제를 살펴보겠습니다. 예를 들어, 한 은행 계좌에서 다른 계좌로 돈을 이체하는 경우를 생각해봅시다. 이 작업은 두 가지 단계로 나뉩니다: 출금과 입금입니다.

-- 트랜잭션 시작
BEGIN;

-- 출금: 계좌 A에서 1000원 출금
UPDATE accounts
SET balance = balance - 1000
WHERE account_id = 'A';

-- 입금: 계좌 B에 1000원 입금
UPDATE accounts
SET balance = balance + 1000
WHERE account_id = 'B';

-- 트랜잭션 완료
COMMIT;

위의 SQL 예제에서, BEGIN 명령어로 트랜잭션을 시작하고, 두 개의 업데이트 작업을 수행한 후 COMMIT으로 모든 변경 사항을 확정합니다. 만약 중간에 오류가 발생한다면, ROLLBACK 명령어를 사용하여 모든 작업을 취소할 수 있습니다.

-- 오류 발생 시 트랜잭션 취소
ROLLBACK;

이와 같이 트랜잭션을 사용하면 데이터의 일관성을 유지하고, 작업의 원자성을 보장할 수 있습니다.

COMMIT, ROLLBACK, SAVEPOINT 사용법

트랜잭션을 관리하기 위해서는 COMMIT, ROLLBACK, SAVEPOINT 명령어를 사용합니다. 이 명령어들은 데이터베이스의 상태를 제어하고, 트랜잭션의 결과를 반영하거나 취소하는 데 중요한 역할을 합니다.

1. COMMIT

COMMIT 명령어는 현재 트랜잭션에서 수행된 모든 변경 사항을 데이터베이스에 영구적으로 저장하는 데 사용됩니다. 이 명령어를 실행하면, 트랜잭션 내의 모든 작업이 완료되며, 이후에는 이 변경 사항을 되돌릴 수 없습니다.

예제:

-- 트랜잭션 시작
BEGIN;

-- 계좌 A에서 1000원 출금
UPDATE accounts
SET balance = balance - 1000
WHERE account_id = 'A';

-- 계좌 B에 1000원 입금
UPDATE accounts
SET balance = balance + 1000
WHERE account_id = 'B';

-- 변경 사항을 확정
COMMIT;

위 예제에서 COMMIT을 실행하면 계좌 A에서 출금된 1000원과 계좌 B에 입금된 1000원이 데이터베이스에 영구적으로 저장됩니다.

2. ROLLBACK

ROLLBACK 명령어는 현재 트랜잭션에서 수행된 모든 변경 사항을 취소하고, 데이터베이스를 트랜잭션 시작 이전 상태로 되돌립니다. 주로 오류가 발생했을 때 사용됩니다.

예제:

-- 트랜잭션 시작
BEGIN;

-- 계좌 A에서 1000원 출금
UPDATE accounts
SET balance = balance - 1000
WHERE account_id = 'A';

-- 오류 발생: 계좌 B가 존재하지 않음
UPDATE accounts
SET balance = balance + 1000
WHERE account_id = 'B';

-- 오류가 발생했으므로 변경 사항을 취소
ROLLBACK;

위 예제에서 계좌 B가 존재하지 않아 오류가 발생하면, ROLLBACK을 통해 계좌 A에서의 출금도 취소됩니다.

3. SAVEPOINT

SAVEPOINT 명령어는 트랜잭션 내에서 특정 지점을 설정하여, 그 지점까지의 변경 사항을 저장할 수 있게 해줍니다. 이 지점으로 되돌아가고 싶을 때 ROLLBACK TO SAVEPOINT 명령어를 사용합니다.

예제:

-- 트랜잭션 시작
BEGIN;

-- 계좌 A에서 1000원 출금
UPDATE accounts
SET balance = balance - 1000
WHERE account_id = 'A';

-- SAVEPOINT 설정
SAVEPOINT sp1;

-- 계좌 B에 1000원 입금
UPDATE accounts
SET balance = balance + 1000
WHERE account_id = 'B';

-- 오류 발생 시 SAVEPOINT로 되돌리기
ROLLBACK TO sp1;

-- 변경 사항을 확정
COMMIT;

위 예제에서 SAVEPOINT sp1을 설정한 후 계좌 B에 입금하는 작업에서 오류가 발생하면, ROLLBACK TO sp1을 통해 계좌 A에서의 출금만 취소하고, 이후 COMMIT으로 변경 사항을 확정할 수 있습니다.

이와 같이 COMMIT, ROLLBACK, SAVEPOINT 명령어를 적절히 사용하면 트랜잭션을 효과적으로 관리할 수 있습니다.

트랜잭션의 특성 (ACID)

트랜잭션은 데이터베이스에서의 일관성과 신뢰성을 보장하기 위해 ACID라는 네 가지 특성을 갖습니다. ACID는 원자성(Atomicity), 일관성(Consistency), 격리성(Isolation), 지속성(Durability)의 약어로, 각각의 특성은 트랜잭션이 올바르게 수행되도록 돕습니다.

1. 원자성 (Atomicity)

원자성은 트랜잭션 내의 모든 작업이 성공적으로 완료되거나, 하나라도 실패할 경우 모든 작업이 취소되어야 함을 의미합니다. 즉, 트랜잭션은 "모두 또는 아무것도"의 원칙을 따릅니다.

예제:

-- 트랜잭션 시작
BEGIN;

-- 계좌 A에서 1000원 출금
UPDATE accounts
SET balance = balance - 1000
WHERE account_id = 'A';

-- 계좌 B에 1000원 입금
UPDATE accounts
SET balance = balance + 1000
WHERE account_id = 'B';

-- 모든 작업을 확정
COMMIT;

위의 예제에서 두 작업이 모두 성공적으로 수행되면 COMMIT을 통해 변경 사항이 저장됩니다. 만약 출금 작업이 실패하면, 모든 작업이 취소됩니다.

2. 일관성 (Consistency)

일관성은 트랜잭션이 완료된 후 데이터베이스의 상태가 일관되게 유지되어야 함을 의미합니다. 즉, 트랜잭션이 실행되기 전과 후의 데이터가 데이터베이스의 규칙이나 제약 조건을 충족해야 합니다.

예제:

-- 트랜잭션 시작
BEGIN;

-- 계좌 A에서 1000원 출금
UPDATE accounts
SET balance = balance - 1000
WHERE account_id = 'A';

-- 계좌 B에 1000원 입금
UPDATE accounts
SET balance = balance + 1000
WHERE account_id = 'B';

-- 모든 작업을 확정
COMMIT;

위 예제에서 출금과 입금이 모두 성공하면, 두 계좌의 잔액이 일관된 상태로 유지됩니다. 만약 출금 후 잔액이 음수가 된다면 일관성이 깨지게 됩니다.

3. 격리성 (Isolation)

격리성은 동시에 실행되는 트랜잭션들이 서로의 영향을 미치지 않아야 함을 의미합니다. 각 트랜잭션은 독립적으로 수행되며, 다른 트랜잭션의 중간 상태를 볼 수 없어야 합니다. 이는 데이터의 무결성을 보장합니다.

예제:

-- 트랜잭션 1
BEGIN;

UPDATE accounts
SET balance = balance - 1000
WHERE account_id = 'A';

-- 트랜잭션 2
BEGIN;

UPDATE accounts
SET balance = balance + 1000
WHERE account_id = 'B';

-- 두 트랜잭션이 동시에 실행되더라도 서로의 작업은 영향을 미치지 않음
COMMIT;

위 예제에서 트랜잭션 1과 트랜잭션 2는 동시에 실행되지만, 서로의 작업에 영향을 주지 않습니다. 만약 격리성이 없었다면, 두 트랜잭션이 서로의 중간 상태를 참조하여 오류가 발생할 수 있습니다.

4. 지속성 (Durability)

지속성은 트랜잭션이 성공적으로 완료된 후, 그 결과가 영구적으로 저장되어야 함을 의미합니다. 시스템 장애가 발생하더라도 데이터는 손실되지 않아야 하며, 데이터베이스의 상태는 트랜잭션이 완료된 상태로 유지되어야 합니다.

예제:

-- 트랜잭션 시작
BEGIN;

-- 계좌 A에서 1000원 출금
UPDATE accounts
SET balance = balance - 1000
WHERE account_id = 'A';

-- 모든 작업을 확정
COMMIT;

위 예제에서 COMMIT을 실행한 후, 시스템 장애가 발생하더라도 계좌 A의 출금 작업은 영구적으로 저장되어야 합니다. 만약 시스템이 재시작되었을 때도 출금된 잔액이 반영되어 있어야 합니다.

이와 같이 ACID 특성은 데이터베이스 트랜잭션의 신뢰성과 일관성을 보장하는 데 필수적인 요소입니다.

트랜잭션의 격리 수준과 잠금 메커니즘

트랜잭션의 격리 수준은 동시에 실행되는 트랜잭션 간의 상호작용을 제어하는 방법을 정의합니다. 격리 수준은 데이터베이스의 일관성을 유지하는 데 중요한 역할을 하며, 데이터의 정확성과 무결성을 보장합니다. 또한, 잠금 메커니즘은 트랜잭션이 데이터에 접근할 때 다른 트랜잭션과의 충돌을 방지하기 위해 사용됩니다.

트랜잭션의 격리 수준

SQL 표준에서는 네 가지 격리 수준을 정의하고 있습니다. 각 수준은 트랜잭션 간의 상호작용을 다르게 처리하며, 데이터베이스의 성능과 일관성 간의 균형을 맞추는 데 중요한 역할을 합니다.

  1. READ UNCOMMITTED (읽기 미확정): 다른 트랜잭션이 아직 커밋되지 않은 데이터를 읽을 수 있습니다. 이로 인해 "더러운 읽기" 현상이 발생할 수 있습니다. 즉, 다른 트랜잭션의 변경 사항이 아직 확정되지 않았음에도 불구하고 읽을 수 있습니다.

    예제:

    -- 트랜잭션 1
BEGIN;
UPDATE accounts SET balance = balance - 1000 WHERE account_id = 'A'; -- 미확정 상태

-- 트랜잭션 2
BEGIN;
SELECT balance FROM accounts WHERE account_id = 'A'; -- 미확정 데이터를 읽음

  2. READ COMMITTED (읽기 확정): 다른 트랜잭션이 커밋한 데이터만 읽을 수 있습니다. 이로 인해 "더러운 읽기"는 방지되지만, "비 반복 읽기" 현상이 발생할 수 있습니다. 즉, 같은 트랜잭션 내에서 동일한 쿼리를 실행할 때 다른 결과를 얻을 수 있습니다.

    예제:

    -- 트랜잭션 1
BEGIN;
UPDATE accounts SET balance = balance - 1000 WHERE account_id = 'A';
COMMIT;

-- 트랜잭션 2
BEGIN;
SELECT balance FROM accounts WHERE account_id = 'A'; -- 커밋된 데이터를 읽음

  3. REPEATABLE READ (반복 가능 읽기): 트랜잭션이 시작된 이후 같은 쿼리를 여러 번 실행해도 항상 동일한 결과를 반환합니다. 그러나 "팬텀 읽기" 현상이 발생할 수 있습니다. 즉, 트랜잭션이 실행되는 동안 다른 트랜잭션이 새로운 행을 추가할 수 있습니다.

예제:

-- 트랜잭션 1
BEGIN;
SELECT balance FROM accounts WHERE account_id = 'A'; -- 첫 번째 읽기

-- 트랜잭션 2
BEGIN;
INSERT INTO accounts (account_id, balance) VALUES ('B', 500); -- 새로운 행 추가
COMMIT;

-- 트랜잭션 1
SELECT balance FROM accounts WHERE account_id = 'A'; -- 동일한 결과를 반환

  1. SERIALIZABLE (직렬화 가능): 가장 높은 격리 수준으로, 모든 트랜잭션이 순차적으로 실행되는 것처럼 동작합니다. 이로 인해 "더러운 읽기", "비 반복 읽기", "팬텀 읽기" 모두 방지됩니다. 하지만 성능 저하가 발생할 수 있습니다.

    예제:

    -- 트랜잭션 1
BEGIN;
SELECT balance FROM accounts WHERE account_id = 'A'; -- 첫 번째 읽기

-- 트랜잭션 2
BEGIN;
SELECT balance FROM accounts WHERE account_id = 'B'; -- 대기 중
COMMIT;

-- 트랜잭션 1
COMMIT; -- 트랜잭션 2가 실행되기 전까지 대기

잠금 메커니즘

잠금 메커니즘은 트랜잭션이 데이터에 접근할 때 다른 트랜잭션과의 충돌을 방지하기 위해 사용됩니다. 데이터베이스는 두 가지 주요 잠금 유형을 제공합니다.

  1. 공유 잠금 (Shared Lock): 여러 트랜잭션이 동시에 데이터를 읽을 수 있도록 허용하지만, 데이터에 대한 수정은 허용하지 않습니다. 다른 트랜잭션은 공유 잠금을 가진 데이터에 대해 읽기만 가능하고, 수정하려고 할 경우 대기해야 합니다.

    예제:

    -- 트랜잭션 1
BEGIN;
SELECT balance FROM accounts WHERE account_id = 'A'; -- 공유 잠금

-- 트랜잭션 2
BEGIN;
UPDATE accounts SET balance = balance + 500 WHERE account_id = 'A'; -- 대기 중

  2. 배타적 잠금 (Exclusive Lock): 특정 트랜잭션이 데이터를 수정할 때 사용됩니다. 배타적 잠금을 가진 트랜잭션은 다른 트랜잭션이 해당 데이터에 접근하는 것을 완전히 차단합니다.

    예제:

    -- 트랜잭션 1
BEGIN;
UPDATE accounts SET balance = balance - 1000 WHERE account_id = 'A'; -- 배타적 잠금

-- 트랜잭션 2
BEGIN;
SELECT balance FROM accounts WHERE account_id = 'A'; -- 대기 중

이와 같이 트랜잭션의 격리 수준과 잠금 메커니즘은 데이터베이스의 일관성과 무결성을 유지하는 데 중요한 역할을 하며, 적절한 설정을 통해 성능과 안정성을 균형 있게 관리할 수 있습니다.

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