[DB] 트랜잭션 격리 수준(Transaction Isolation Level)

개념

트랜잭션 격리수준(isolation level)이란 동시에 여러 트랜잭션이 처리될 때, 트랜잭션끼리 얼마나 서로 고립되어 있는지를 나타내는 것이다.
즉, 특정 트랜잭션이 다른 트랜잭션에 변경한 데이터를 볼 수 있도록 허용할지 말지를 결정한다.

데이터베이스는 ACID 특징과 같이 트랜잭션이 독립적인 수행을 하도록 Locking을 통해, 트랜잭션이 DB를 다루는 동안 다른 트랜잭션이 관여하지 못하도록 막는 것이 필요하다.

하지만 무조건 Locking으로 동시에 수행되는 수많은 트랜잭션들을 순서대로 처리하는 방식으로 구현하게 되면 데이터베이스의 성능은 떨어지게 된다. 하지만, 성능을 높이기 위해 Locking의 범위를 줄인다면, 잘못된 값이 처리될 문제가 발생할 수 있다.

따라서 최대한 효율적인 Locking 방법이 필요하다.

• Lock : 트랜잭션 처리의 순차성을 보장하기 위한 방법이다.(동시성 제어)
  DBMS 마다 Lock을 구현하는 방식이 다르기 때문에 DBMS를 효과적으로 이용하기 위해서 해당 DB의 Lock에 대한 이해가 요구된다.
  • 공유(shared) lock : 데이터를 읽을 때 사용되어지는 lock.
    • 공유 락은 공유 락끼리 동시에 접근이 가능하다.
    • 하지만, 공유 락이 설정된 데이터에 배타 락을 사용할 수는 없다.
  • 배타(Exclusive) lock : 데이터를 변경하고자 할 때 사용되며, 트랜잭션이 완료될 때까지 유지된다.
    • Lock이 해제될 때까지 다른 트랜잭션(읽기 포함)은 해당 리소스에 접근할 수 없다.
    • 해당 Lock은 트랜잭션이 수행되고 있는 데이터에 대해서는 접근하여 함께 Lock을 설정할 수 없다.

 

Isolation level 종류

1. Read Uncommitted (레벨 0)
   • SELECT 문장이 수행되는 동안 해당 데이터에 Shared Lock이 걸리지 않는 계층
   • 트랜잭션에 처리중이거나, 아직 Commit되지 않은 데이터를 다른 트랜잭션이 읽는 것을 허용함
   • 데이터베이스의 일관성을 유지하는 것이 불가능함
   • Dirty Read 발생
     • A 트랜잭션에서 10번 사원의 나이를 27에서 28로 바꿈. 아직 커밋하지 않음
     • B 트랜잭션에서 10번 사원의 나이를 조회 : 결과 28 → 더티 리드(Dirty Read)
       • 이 이후, A 트랜잭션에서 문제가 발생해 Rollback함
       • B 트랜잭션은 10번 사원이 여전이 28살이라 생각하고 로직을 수행함
       • 이런식으로 데이터 정합성에 문제가 많아짐.
2. Read Committed (레벨 1)
   • SELECT 문장이 수행되는 동안 해당 데이터에 Shared Lock이 걸리는 계층
   • 트랜잭션이 수행되는 동안 다른 트랜잭션이 접근할 수 없어 대기하게 됨
   • Commit 이 이루어진 트랜잭션만 조회 가능
   • Oracle DB, SQL Server에서 기본으로 사용하는 Ioslation Level임
   • Non-Repeatable Read 발생
     • B 트랜잭션에서 10번 사원의 나이를 조회 : 결과 27
     • A 트랜잭션에서 10번 사원의 나이를 27에서 28로 바꾸고 커밋
     • B 트랜잭션에서 10번 사원의 나이를 조회 : 결과 28
3. Repeatable Read (레벨 2)
   • 트랜잭션이 완료될 때까지 SELECT 문장이 사용되는 모든 데이터에 Shared Lock이 걸리는 계층
   • 트랜잭션이 범위 내에서 조회한 데이터 내용이 항상 동일함을 보장함
   • 다른 사용자는 트랜잭션 영역에 해당되는 데이터에 대한 수정 불가능
   • MySQL DBMS에서 기본으로 사용함
   • Non-Repeatable Read 부정합이 발생하지 않음
     • 10번 트랜잭션이 500번 사원을 조회
     • 12번 트랜잭션이 500번 사원의 이름을 변경하고 커밋
     • 10번 트랜잭션이 500번 사원을 다시 조회 : undo 영역에 백업된 데이터 반환
   • 즉, 자신의 트랜잭션 번호보다 낮은 트랜잭션 번호에서 변경된(커밋된) 것만 보게 된다.
     • 모든 InnoDB의 트랜잭션은 순차적으로 증가하는 고유한 트랜잭션 번호를 갖고 있으며,
     • undo 영역에 백업된 모든 레코드는 변경을 발생시킨 트랜잭션의 번호를 포함하고 있다.
   • Phantom Read 발생
4. Serializable (레벨 3)
   • 트랜잭션이 완료될 때까지 SELECT 문장이 사용되는 모든 데이터에 Shared Lock이 걸리는 계층
   • 가장 엄격한 격리 수준으로 완벽한 읽기 일관성 모드를 제공함
   • 다른 사용자는 트랜잭션 영역에 해당되는 데이터에 대한 수정 및 입력 불가능

레벨이 높아질 수록 트랜잭션간 고립 정도가 높아지며, 성능이 떨어지는 것이 일반적이며, 일반적인 온라인 서비스에서는 READ COMMITTED나 REPEATABLE READ 중 하나를 사용한다. (Oracle = READ COMMITTED, MySQL = REPEATABLE READ)

선택 시 고려사항

Isolation Level에 대한 조정은, 동시성과 데이터 무결성에 연관되어 있다.

동시성을 증가시키면 데이터 무결성에 문제가 발생하고, 데이터 무결성을 유지하면 동시성이 떨어지게 된다.

레벨을 높게 조정할 수록 발생하는 비용이 증가한다.

• 무결성(Integrity) : 데이터의 정확성, 일관성, 유효성이 유지되는 것
  • 개체 무결성 : 모든 테이블이 기본키로 선택된 필드를 가져야 한다.(기본키를 가져야 한다.) 고유한 값, NULL 허용 하지 않음.
  • 참조 무결성 : 참조 관계에 있는 두 테이블의 데이터가 항상 일관된 값을 갖도록 유지. 참조 대상이 존재하지 않는 외래 키를 허용하지 않는다.
    • RESTRICTED : 레코드를 참조하고 있는 개체가 있다면, 변경 또는 삭제 연산을 취소
    • CASCADE : 레코드를 참조하고 있는 개체도 변경 또는 삭제
    • SET NULL : 레코드를 참조하고 있는 개체의 값을 NULL로 설정
  • 도메인 무결성 : 테이블에 존재하는 필드의 무결성 보장. 필드의 타입, null값의 허용 등 사항을 정의하고 올바른 데이터가 입력되었는지 확인하는 것
  • 무결성 규칙 : 데이터의 무결성을 지키기 위한 모든 제약 사항을 말한다. 데이터베이스 전체에 공통적으로 적용되는 규칙

 

낮은 단계 Isolation Level을 활용할 때 발생하는 현상들

• Dirty Read
  • 어떤 트랜잭션에서 아직 실행이 끝나지 않은 다른 트랜잭션에 의한 변경사항을 보게되는 경우
  • 커밋되지 않은 수정중인 데이터를 다른 트랜잭션에서 읽을 수 있도록 허용할 때 발생하는 현상
• Non-Repeatable Read
  • 한 트랜잭션에서 같은 쿼리를 두 번 수행할 때 그 사이에 다른 트랜잭션 값을 수정 또는 삭제하면서 두 쿼리의 결과가 상이하게 나타나는 일관성이 깨진 현상
  • 한 트랜잭션에서 똑같은 SELECT를 수행했을 때 항상 같은 결과를 반환해야 한다는 Repeatable Read 정합성에 어긋남
• Phantom Read
  
  • 한 트랜잭션 안에서 일정 범위의 레코드를 두 번 이상 읽었을 때, 첫번째 쿼리에서 없던 레코드가 두번째 쿼리에서 나타나는 현상
  • 트랜잭션 도중 새로운 레코드 삽입을 허용하기 때문에 나타남

Isolation Level	Dirty Read	Non-Reapeatable Read	Phantom Read
Read Uncommitted	O	O	O
Read committed	-	O	O
Repeatable Read	-	-	O
Serializable	-	-	-

 

참고

• joont92.github.io/db/%ED%8A%B8%EB%9E%9C%EC%9E%AD%EC%85%98-%EA%B2%A9%EB%A6%AC-%EC%88%98%EC%A4%80-isolation-level/
• untitledtblog.tistory.com/123
• 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