Transaction

데이터베이스에서 한 번에 수행되어야 하는 작업의 논리적인 단위

특징

Atomicity, 원자성

• 트랜잭션이 모두 반영되거나 아예 반영이 되지 않아야 한다.
• 트랜잭션 수행 도중 어떤 일부 작업이 실패하면 다른 작업도 모두 롤백되어야 한다. All-or-nothing

Consistency, 일관성

• 트랜잭션의 수행 후에도 DB의 상태는 일관성을 유지해야 한다.
• 트랜잭션 전과 후의 DB 상태는 정의된 규칙, 제약 조건을 위반하지 않아야 한다.

'모든 학생은 학번이 존재해야 한다.' 학사 DB의 제약 조건이 있다고 가정하자. 하지만 입학 예정 신입생은 등록 전이라 학번이 없기 때문에 신입생에게 임시 학번을 부여하는 경우가 많다. 일관성을 유지하기 위함이다.

Isolation, 격리성

• 여러 트랜잭션이 동시에 수행될 때 각 트랜잭션은 다른 트랜잭션의 간섭 없이 독립적으로 수행되도록 격리되어야 한다.

Durability, 지속성

• 완료된 트랜잭션의 수행 결과는 영구적으로 반영되어야 한다.
• 시스템 오류나 장애가 발생하더라도 데이터의 변경 사항은 유지되어야 한다.

연산

COMMIT

• 트랜잭션이 성공적으로 끝났을 때 수행
• 트랜잭션이 행한 갱신 연산이 완료된 것을 트랜잭션 관리자에게 알려준다.

ROLLBACK

• 트랜잭션 처리가 비정상적으로 종료되었을 때 수행
• 트랜잭션의 원자성을 구현하기 위해 트랜잭션이 행한 모든 연산을 취소한다.

상태

Active

• 트랜잭션이 연산을 실행 중인 상태

Failed

• 트랜잭션 실행에 오류가 발생해 중단된 상태

Partially Committed

• 트랜잭션이 마지막 연산까지 수행되고 COMMIT 연산이 실행되기 직전의 상태

Committed

• 트랜잭션이 성공적으로 종료되어 COMMIT 연산을 실행한 후의 상태

Aborted

• 트랜잭션이 비정상 종료되어 ROLLBACK 연산을 수행한 상태

병행 처리시 발생하는 문제 현상

갱신 손실, Lost Update

• 한 트랜잭션이 수행한 데이터 변경된 결과를 다른 트랜잭션이 덮어써서 하나의 변경이 누락되는 현상

모순성, Inconsistency

• 한 트랜잭션이 갱신 작업을 하고 있는데 다른 트랜잭션이 같은 영역에서 갱신 작업하여 데이터베이스의 일관성이 깨지는 현상

연쇄 복귀, Cascading Rollback

• 트랜잭션이 완료되기 전 ROLLBACK 수행하면, ROLLBACK 전 트랜잭션이 변경한 데이터를 가져가서 변경한 다른 트랜잭션에도 연쇄적으로 ROLLBACK이 수행된다.

격리 수준

특정 트랜잭션에서 다른 트랜잭션이 변경한 데이터를 볼 수 있는 기준을 결정한다.

READ UNCOMMITTED (Level 0)

• COMMIT 되지 않은 다른 트랜잭션의 데이터를 읽는 것을 허용한다.
• 가장 낮은 격리 수준. 동시성이 가장 높다.
• 데이터의 일관성 유지 불가
• DIRTY READ 문제 (Level 0 격리 수준에서 발생)
  • 트랜잭션이 완료되지 않았는데 다른 트랜잭션에서 데이터를 읽는 현상 (COMMIT 안 된 데이터를 읽어)
  • 데이터가 나타났다 사라졌다, 변경되지 않은 데이터가 보이기도 하는 등 데이터의 정합성에 심각한 문제

READ COMMITTED (Level 1)

• (READ 시간 기준으로 그 전에) COMMIT 된 데이터만 읽을 수 있다. DIRTY READ 방지
• 대부분의 RDBMS에서 기본 설정으로 사용
• NON-REPEATABLE READ 문제 (Level 0, 1 격리 수준에서 발생)
  • 한 트랜잭션 내에서 SELECT 쿼리를 여러 번 수행했을 때 다른 데이터를 가져오는 현상
  • REPEATABLE READ 정합성에 어긋난다.

REPEATABLE READ (Level 2)

• TX 시작 시간 기준으로 그 전에 COMMIT 된 데이터를 읽는다.
• 트랜잭션 내에서 같은 데이터를 여러 번 읽어도 항상 동일한 결과를 반환한다.
• PHANTOM READ 문제 (Level 0, 1, 2 격리 수준에서 발생)
  • 한 트랜잭션 내에서 없던 데이터가 생기는 현상
  • 처음 SELECT 수행 시 존재하지 않았던 데이터가 두 번째 SELECT 수행 시 나타난다.
  • 새로운 레코드의 삽입을 허용하기 때문에 발생한다.
• MVCC를 이용해 한 트랜잭션이 시작한 시점의 버전 데이터를 보여준다.
  • 모든 트랜잭션은 고유한 TXID를 가지고 있으며 UNDO 영역에 백업된 레코드에 변경을 발생시킨 TXID를 포함한다.
  • UNDO 영역에서 자신보다 낮은 TXID가 변경한 데이터만 확인할 수 있다.
  • MVCC를 보장하기 위해 실행 중인 트랜잭션 가운데 가장 오래된 트랜잭션 번호보다 앞선 트랜잭션 번호를 가진 UNDO 영역의 데이터를 삭제할 수 없다.

SERIALIZABLE (Level 3)

• 가장 높은 격리 수준. 모든 트랜잭션을 순차적으로 실행시킨다.
• MVCC를 이용하지 않는다.
• 여러 트랜잭션이 동일한 레코드에 동시 접근할 수 없어서 데이터의 부정합 문제 발생하지 않는다.
  • 트랜잭션이 SELECT 한 데이터에 Shared Lock이 걸리므로 해당 데이터에 대한 읽기, 수정 불가
• 성능 저하가 크고, 동시성 제어가 제한적이며 교착 상태 발생할 가능성이 높다.

References

• https://dheldh77.tistory.com/entry/%EB%8D%B0%EC%9D%B4%ED%84%B0%EB%B2%A0%EC%9D%B4%EC%8A%A4-%ED%8A%B8%EB%9E%9C%EC%9E%AD%EC%85%98Transaction
• https://engineerinsight.tistory.com/182
• https://le2ksy.tistory.com/13
• 한빛 아카데미
• https://youtu.be/bLLarZTrebU?si=JB6U9hffdGm-MMXT