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Lock in database

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By ydj515
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트랜잭션 격리 수준과 Lock

트랜잭션 격리 수준과 Lock에 대해 설명한다. 특히 mysql 기준으로 작성되었다.

트랜잭션 격리 수준(Transaction Isolation level)

트랜잭션 격리 수준은 여러 트랜잭션이 동시에 실행될 때, 서로 간섭하지 않도록 데이터를 격리하는 정도를 정의합니다. SQL 표준에서는 다음과 같은 4가지 격리 수준을 정의합니다.

1. Read Uncommitted (읽기 미완료)

  • 설명:
    • 다른 트랜잭션이 아직 커밋하지 않은 데이터를 읽을 수 있습니다.
    • 가장 낮은 격리 수준으로, Dirty Read 문제가 발생할 수 있습니다.

    Dirty Read란?
    커밋되지 않은 트랜잭션에 접근해 아직 정상 반영되지 않은 데이터를 읽는 현상

    • dirty read 발생 예시
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      -- 트랜잭션 A
START TRANSACTION;
UPDATE accounts SET balance = balance - 100 WHERE id = 1;

-- 트랜잭션 B
START TRANSACTION;
SELECT balance FROM accounts WHERE id = 1; -- Dirty Read 가능

-- 트랜잭션 A 롤백
ROLLBACK;
  • 특징:
    • 성능이 가장 좋음.
    • 데이터 무결성 보장이 약함.
  • 문제:
    • Dirty Read: 트랜잭션 A가 변경한 내용을 트랜잭션 B가 읽었으나, A가 롤백하면 잘못된 데이터를 읽은 상황 발생.
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SET TRANSACTION ISOLATION LEVEL READ UNCOMMITTED;

2. Read Committed (읽기 완료)

  • 설명:
    • 다른 트랜잭션이 커밋한 데이터만 읽을 수 있습니다.
    • MySQL에서는 기본적으로 InnoDB가 사용하는 격리 수준입니다.
  • 특징:
    • Dirty Read 방지.
    • Non-Repeatable Read 문제가 발생할 수 있음.
  • 문제:
    • Non-Repeatable Read: 같은 트랜잭션 내에서 같은 데이터를 읽을 때 값이 달라질 수 있음.
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SET TRANSACTION ISOLATION LEVEL READ COMMITTED;
  • non-repeatable read 발생 예시
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-- 트랜잭션 A
START TRANSACTION;
SELECT balance FROM accounts WHERE id = 1;

-- 트랜잭션 B
START TRANSACTION;
UPDATE accounts SET balance = balance - 50 WHERE id = 1;
COMMIT;

-- 트랜잭션 A에서 같은 쿼리 실행
SELECT balance FROM accounts WHERE id = 1; -- 결과가 달라짐

3. Repeatable Read (반복 읽기)

  • 설명:
    • 동일한 트랜잭션 내에서 같은 데이터를 반복해서 읽을 때 항상 동일한 결과를 보장합니다.
    • MySQL InnoDB의 기본 격리 수준입니다.
  • 특징:
    • Non-Repeatable Read 방지.
    • Phantom Read 문제가 발생할 수 있음.
  • 문제:
    • Phantom Read: 한 트랜잭션 내에서 동일한 조건으로 조회했을 때, 다른 트랜잭션의 삽입으로 인해 추가된 행이 나타남.

    MySQL 에서는 Phantom Read 가 발생하지 않음.
    InnoDB 엔진에 의해 select ~ for update 구문을 지원, Next Key Lock 형태의 배타락을 지원하기 때문

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SET TRANSACTION ISOLATION LEVEL REPEATABLE READ;
  • phantom read 발생 예시
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-- 트랜잭션 A
START TRANSACTION;
SELECT * FROM products WHERE price > 100;

-- 트랜잭션 B
START TRANSACTION;
INSERT INTO products (id, name, price) VALUES (4, 'NewProduct', 150);
COMMIT;

-- 트랜잭션 A에서 같은 쿼리 실행
SELECT * FROM products WHERE price > 100; -- 새로운 데이터가 나타남

4. Serializable (직렬화)

  • 설명:
    • 가장 높은 격리 수준으로, 트랜잭션을 순차적으로 실행하여 완벽한 데이터 무결성을 보장합니다.
  • 특징:
    • Dirty Read, Non-Repeatable Read, Phantom Read 모두 방지.
    • 성능 저하가 가장 큼.
  • 적용:
    • 높은 무결성이 필요한 환경에서 사용.
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SET TRANSACTION ISOLATION LEVEL SERIALIZABLE;
  • 완전한 직렬화 예시
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-- 트랜잭션 A
START TRANSACTION;
SELECT balance FROM accounts WHERE id = 1;

-- 트랜잭션 B
START TRANSACTION;
UPDATE accounts SET balance = balance - 50 WHERE id = 1; -- 대기 상태 발생

트랜잭션 격리 수준 비교

격리 수준Dirty ReadNon-Repeatable ReadPhantom Read성능
Read Uncommitted허용허용허용높음
Read Committed방지허용허용보통
Repeatable Read방지방지허용->mysql은 안생김.낮음
Serializable방지방지방지매우 낮음

Lock

트랜잭션 격리 수준을 구현하기 위해 Lock 메커니즘이 사용됩니다. MySQL에서는 여러 종류의 Lock이 존재하며, 데이터 동시성을 유지하고 충돌을 방지하기 위해 활용됩니다.

Lock 종류

Shared Lock (S Lock, 공유 락)

데이터를 읽기 위해 사용됩니다. 여러 트랜잭션이 동시에 읽을 수 있습니다.

다른 트랜잭션의 쓰기 작업을 방지합니다.

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SELECT * FROM table_name LOCK IN SHARE MODE;

Exclusive Lock (X Lock, 배타 락)

데이터를 수정하기 위해 사용됩니다. 다른 트랜잭션이 읽기나 쓰기 작업을 할 수 없습니다.

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SELECT * FROM table_name FOR UPDATE;

Deadlock (교착 상태)

두 트랜잭션이 서로 상대방이 보유한 리소스를 기다리면서 무한 대기 상태에 빠지는 상황입니다.

데드락을 방지 하기 위해서는 트랜잭션 순서 조정, 락 타임아웃 설정, 짧은 트랜잭션 유지를 하여야합니다.

InnoDB의 Lock 구현 방식

MySQL InnoDB는 레코드 기반 락을 사용합니다. Row Lock을 하여 행 단위로 락을 설정하여 병행성을 높이며, Gap Lock을 이용해 새로운 레코드 삽입을 방지합니다. (Phantom Read 방지)

Lock

트랜잭션 격리 수준을 구현하기 위해 Lock 메커니즘이 사용됩니다. MySQL에서는 여러 종류의 Lock이 존재하며, 데이터 동시성을 유지하고 충돌을 방지하기 위해 활용됩니다.

Shared Lock ( 공유락 )

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- 데이터를 읽을 때 사용하는 Lock
- 공유 Lock 끼리는 여러 사용자가 동시에 `읽기` 가 가능
- 공유 Lock 이 먼저 설정된 데이터에는 배타 Lock 을 사용하는 것이 불가능

Exclusive Lock ( 배타락 )

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- 데이터를 변경할 때 사용하는 Lock
- 트랜잭션이 완료될 때까지 유지됨 ( e.g. select for update )
- 배타 Lock 이 적용되어 있다면 다른 트랜잭션은 해당 리소스에 접근하지 못하고 대기
- 배타 Lock 은 이미 다른 트랜잭션 내에서 사용하고 있는 데이터에 대해 접근해 Lock 을 설정할 수 없음

트랜잭션 격리 수준

  • Uncommitted Read ( 커밋되지 않은 읽기 )
    • 다른 트랜잭션에서 커밋되지 않은 데이터에도 접근할 수 있게 해주는 격리 수준
    • DirtyRead - 커밋되지 않은 트랜잭션에 접근해 아직 정상 반영되지 않은 데이터를 읽는 현상( 해당 데이터는 롤백되어 없어질 수도 있다 )
  • Committed Read ( 커밋된 읽기 )
    • 다른 트랜잭션에서 커밋된 데이터에만 접근할 수 있게 해주는 격리 수준
    • Non-Repeatable Read - 하나의 트랜잭션에서 동일한 SELECT 쿼리를 실행했을 때 커밋 전의 데이터, 커밋 된 후의 데이터가 읽히면서 다른 결과가 조회되는 현상
  • Repeatable Read ( 반복 가능한 읽기 )
    • 커밋된 데이터만 읽을 수 있으며, 자신보다 빨리 수행된 트랜잭션에서 커밋한 데이터만 읽을 수 있는 격리 수준
    • MVCC 를 통해 Undo 로그를 기반으로 동일한 데이터가 조회되도록 보장 ( Non-Repeatable Read 문제 해결 )
    • 이를 지원하지 않는 DB (e.g. OracleDB ) 에서는 배타 락을 이용해 문제를 해결

    • Phantom Read - 하나의 트랜잭션 내에서 동일한 SELECT 쿼리의 결과 레코드 수가 달라지는 현상

      MySQL 에서는 Phantom Read 가 발생하지 않음
      => InnoDB 엔진에 의해 select ~ for update 구문을 지원, Next Key Lock 형태의 배타락을 지원하기 때문

  • Serealizable
    • 모든 트랜잭션을 순차적으로 실행시키는 격리 수준
    • 트랜잭션이 서로 끼어들 수 있는 상황이 없으므로 데이터의 부정합 문제는 발생하지 않음
    • 위 특성 때문에 트랜잭션이 동기적으로 처리되면서 처리속도 저하가 발생
    • 트랜잭션이 개입하려는 시도 ( e.g. shared Lock 으로 조회 후 Update 하려고 하는 경우 ) 대기상태가 되므로 데드락 문제가 발생함

[참조]
https://velog.io/@fishphobiagg/MySQL-%ED%8A%B8%EB%9E%9C%EC%9E%AD%EC%85%98-%EA%B2%A9%EB%A6%AC-%EC%88%98%EC%A4%80-InnoDB-Locking\

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