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트랜잭션 격리 수준(Isolation Level)

작성자

Stupid07

트랜잭션의 격리 수준이란?

  • 트랜잭션이 안전하게 수행되기 위해 보장해야하는ACID(원자성, 일관성, 고립성, 지속성) 중 고립성(Isolation)1)에 대하여 성능관련 문제로 인해 유연하게 조절 할 수 있도록 격리 수준을 구분해놓은 것
  • 격리 수준이 낮아지면 성능은 향상되지만 동시성 제어가 되지 않아 문제가 발생 할 수 있음
  • 따라서 DBMS는 다양한 Lock 기법(Locking, timestamp ordering, MVCC)2)을 활용해 트랜잭션 격리 수준에 맞춰 데이터 접근을 통제
  • 아래에선 2단계 로킹 기법을 활용해 설명

격리 수준의 종류와 발생하는 동시성 제어 문제

격리 수준 Lost Update Dirty Read Unrepeatable Read Phantom Data Read
READ UNCOMMITED X O O O
READ COMMITTED X X O O
REPEATABLE READ X X X O
SERIALIZABLE X X X X
  • 격리 수준을 높일 경우 성능이 저하되지만 동시성 제어로 인해 일관성(Consistency)이 보장됨
  • 격리 수준을 낮출 경우 성능은 향상되지만 동시성 제어에 문제가 생겨 일관성(Consistency)이 보장되지 않을 수 있음

READ UNCOMMITED

  • Isolation Level 0에 해당하며 기본적인 갱신 손실(Lost Update)만 방지하는 상태
  • UPDATE와 같이 갱신에 대하여 배타적 락을 설정하여 갱신 손실을 방지
  • 어떤 트랜잭션이 Commit, Rollback 으로 종료되지 않아도 다른 트랜잭션에서 데이터 참조 가능
  • SELECT시 공유 락을 설정하거나 체크하지 않기 때문에 다른 트랜잭션이 갱신하면서 설정한 배타적 락을 무시하고 변경 중인 데이터를 참조하거나(Dirty Read), 참조중인 데이터를 변경하는 문제(Unrepeatable Read), 추가 삽입 되는 데이터 문제(Phantom Data Read) 등이 발생

READ COMMITED

  • Isolation Level 1에 해당하며 Level 0의 기능에 추가로 오손 읽기(Dirty Read)까지 방지하는 상태
  • SELECT와 같이 읽기에 대하여 공유 락을 설정하여 오손 읽기를 방지
  • 단, 공유 락이 트랜잭션이 종료되는 Commit, Rollback 시점까지 유지되는 것이 아닌 SELECT 문이 처리되는 순간만 설정되므로 반복 읽기시 중간에 데이터의 갱신(Unrepeatable Read), 삽입(Phantom Data Read) 에 의해 문제 발생

REPETABLE READ

  • Isolation Level 2에 해당하며 Level 1의 기능에 추가로 비반복적 읽기(Unrepeatable Read)까지 방지하는 상태
  • 공유 락, 배타적 락을 트랜잭션이 종료될 때 까지 유지하여 비반복적 읽기를 방지
  • 이 단계부터 Locking 기법을 활용해도 Lock이 많아지고, MVCC 기법을 활용해도 Undo 영역이 커지면서 성능이 떨어 질 수 있음
  • 단, SELECT나 UPDATE 등을 이용해 현재 존재하는 데이터에 대해서만 락을 설정하므로 SELECT 등을 이용해 범위 데이터를 처리 할 때 범위 내에 있으나 존재 하지 않아 락이 걸리지 않은 영역에 데이터가 추가로 삽입(Phantom Data Read) 되면 문제 발생

SERIALIZABLE

  • Isolation Level 3에 해당하며 Level 2의 기능에 추가로 유령 데이터 읽기(Phantom Data Read)까지 방지하는 상태
  • SELECT가 이루어지는 범위(테이블)에 공유락을 설정하여 유령 데이터 읽기를 방지
  • 최고 단계 고립 수준으로 일관성이 보장되지만 성능이 안좋음
  • 따라서 동시성이 중요한 DB에서는 거의 사용하지 않고 낮은 단계의 격리 수준(일반적으로 READ COMMITED)과 함께 어플리케이션 단계에서 낙관적 락(Optimistic Lock), 비관적 락(Pessimistic Lock)3)등을 활용해 처리하는 경우가 많음

Oracle?

  • Oracle은 READ COMMITTED, SERIALIZABLE만 존재
  • Default는 READ COMMITTED
SET TRANSACTION ISOLATION LEVEL SERIALIZABLE;

MySQL?

  • InnoDB엔진 사용시 Default는 REPEATABLE READ
SET SESSION TRANSACTION ISOLATION LEVEL READ COMMITTED;

동시성 제어로 발생하는 문제

갱신 손실(Lost Update)

  • 하나의 트랜잭션이 갱신한 내용을 commit/rollback 하기 전에 다른 트랜잭션이 접근해 덮어씀으로서 갱신 했던 내용이 사라지는 것을 의미
  • READ UNCOMMITED 부터 갱신 손실이 일어나지 않음
X값 트랜잭션1 트랜잭션2
10 read_item(X) <- 10을 읽음
10 X = X - 5
10 read_item(X) <- 10을 읽음
5 write_item(X)
5 X = X + 5
15 write_item(X) <- 갱신 손실 발생

오손 읽기(Dirty Read)

  • 하나의 트랜잭션이 갱신하려던 내용을 Rollback 하기전에 다른 트랜잭션이 접근해 읽고 처리한 경우 무효가 된 데이터를 읽는 것을 의미
  • READ COMMITED부터 오손 읽기가 일어나지 않음
X값 트랜잭션1 트랜잭션2
10
20 UPDATE TABLE SET X=20 WHRE id=1
20 SELECT X FROM TABLE WHERE id=1 <- 20을 읽음
10 ROLLBACK
10 COMMIT <- 오손 읽기 발생(무효가 된 X=20을 읽고 완료)

비반복적 읽기(UnRepeatable Read)

  • 하나의 트랜잭션이 반복적으로 동일한 읽기 연산을 실행 할 때 다른 트랜잭션의 갱신완료로 인해 이전과 다른 결과가 나오는 것을 의미
  • REPEATABLE READ부터 비반복적 읽기가 일어나지 않음
X값 트랜잭션1 트랜잭션2
10 SELECT X FROM TABLE WHERE id=1 <- 10을 읽음
10 UPDATE TABLE SET X=20 WHRE id=1
20 COMMIT
20 SELECT X FROM TABLE WHERE id=1 <- 20을 읽음
(비반복적 읽기 발생)
20 COMMIT

유령 데이터 읽기(Phantom Data Read)

  • 하나의 트랜잭션이 범위데이터를 읽을 때 다른 트랜잭션의 데이터 삽입완료로 인해 이전에 없던 유령 데이터가 나타나는 것을 의미
  • SERIALIZABLE부터 유령 데이터 읽기가 일어나지 않음
count(id)값 트랜잭션1 트랜잭션2
4 SELECT count(id) FROM TABLE <- id 1 ~ 4 조회
4 INSERT INTO TABLE VALUES (5, 'test')
5 COMMIT
5 SELECT count(id) FROM TABLE <- id 1 ~ 5 조회
5 COMMIT

그 외 문제

  • 모순성(Inconsistency) : 트랜잭션이 동시에 실행되면서 갱신 전의 값, 갱신 후의 값이 실행 순서에 따라 다르게 읽히면서 데이터가 불일치 하는 문제
  • 연쇄복귀(Cascading Rollback) : 트랜잭선이 동시에 실행되면서 같은 데이터를 공유 할 때 해당 데이터에 대해 한 트랜잭션이 commit을 한 결과에 대해 다른 트랜잭션이 rollback을 할 수 없는 문제

사전 지식

Lock의 유형

  • 공유 잠금(Shared Lock, S Lock) : Read Lock
  • 독점,배타적 잠금(Exclusive Lock, X Lock) : Write Lock

Lock 호환성 테이블

S X
S Yes No
X No No
  • Read Lock 끼리는 공유 가능(S Lock이 걸린 데이터에 Read 가능)하나 Write시에는 어떤 Lock도 없어야함
  • Write Lock이 걸리면 Read도 불가

2단계 로킹

  • 확장 단계 : 항목들에 대해 새로운 Lock을 획득 할 수 있지만 해제할 수 없음
  • 수축 단계 : 이미 보유하고 있는 Lock을 해제할 수 있지만 새로운 Lock을 획득 할 수 없음(commit, rollback 등)
  • 교착상태는 검출, 시간초과, 방지 프로토콜 등으로 해소

Link

[Database] 8. 트랜잭션, 동시성 제어, 회복

11. Transaction - 트랜잭션

[MySQL] isolation level 종류 및 특징

각주

  1. 고립성(Isolation) : 트랜잭션을 수행 시 다른 트랜잭션의 연산 작업이 끼어들지 못하도록 보장하는것을 의미

  2. 잠금(Lock)

  3. JPA 트랜잭션과 락