BJ.44 transaction isolation level 설명! isolation이 안될 때 나타날 수 있는 여러 현상들과 snapshot isolation도 설명합니다!

8년차 백엔드 개발자가 배워서 남주려고 만든 채널이에요

알기 쉽게 설명합니다

함께 성장했으면 좋겠어요 :)


#컴공맛집 #백엔드전문채널


쉬운코드

동시 실행 트랜잭션의 이상 현상

데이터베이스 초기값: 액수 10, 와인 20

트랜잭션 1: 액수에 y 더하기, 트랜잭션 2: y를 70으로 변경

트랜잭션 1이 x를 읽고, 트랜잭션 2가 y를 70으로 변경

트랜잭션 1이 y(70)를 읽어 x에 80을 쓰고 커밋

트랜잭션 2 롤백으로 y가 20으로 복귀, x는 80으로 남음 - 더티 리더 현상

트랜잭션 1: x 두 번 읽기, 트랜잭션 2: x에 40 더하기

트랜잭션 1이 x를 10으로 읽고, 트랜잭션 2가 x를 10으로 읽고 50으로 변경 후 커밋

트랜잭션 1이 x를 50으로 읽고 커밋 - 논리피터블 리드 현상

데이터베이스 초기값: 튜플(v=10), 튜플(v=50)

트랜잭션 1: v=10인 튜플 두 번 읽기, 트랜잭션 2: v=50인 튜플의 v를 10으로 변경

트랜잭션 1이 v=10인 튜플을 읽고, 트랜잭션 2가 v=50인 튜플의 v를 10으로 변경 후 커밋

트랜잭션 1이 v=10인 두 튜플을 읽고 커밋 - 팬텀 리드 현상

이상 현상 방지 위한 다양한 제약 조건으로 인한 DB 성능 저하 문제

일부 이상 현상 허용하는 아이솔레이션 레벨 도입

아이솔레이션 레벨은 허용하는 이상 현상 수에 따라 4가지 레벨로 분류

Read Uncommitted: 모든 이상 현상 허용, 동시성 높고 처리량 높음

Read Committed: 더티 리드만 허용 안 함

Repeatable Read: 논리피터블 리드도 허용 안 함

Serializable: 모든 이상 현상 허용 안 함

1992년 ANSI 표준에서 아이솔레이션 레벨 정의

1995년 비판 논문: 3가지 이상 현상 정의 부족, 추가 이상 현상 존재, 상업적 DBMS 반영 부족

트랜잭션 1: x를 10으로 변경, 트랜잭션 2: x를 100으로 변경

트랜잭션 1이 x를 10으로 변경, 트랜잭션 2가 x를 100으로 변경

트랜잭션 1 롤백 시 x가 40으로 복귀하지 않고, 트랜잭션 2도 롤백하면 x가 40이 되는 더티 라이트 현상

추가 이상 현상: 로스트 업데이트

트랜잭션 1: x에 50 더하기, 트랜잭션 2: x에 150 더하기

트랜잭션 1이 x를 50으로 읽고, 트랜잭션 2가 x를 50으로 읽고 200으로 변경 후 커밋

트랜잭션 1이 x를 50으로 읽고 100으로 변경 후 커밋 - 트랜잭션 2의 업데이트 손실

로스트 업데이트 현상: 업데이트가 반영되지 않음

리드 스큐: 데이터 불일치 읽기 발생

와이트 스큐: 서로 다른 데이터 쓰기로 인한 제약 조건 위반

추가 이상 현상: 확장된 팬텀 리드와 다른 현상들

확장된 팬텀 리드 개념: 연관된 데이터의 추가로 인한 불일치

데이터베이스 초기값: 튜플(v=7), 카운트(0)

트랜잭션 1: v>10인 튜플 읽고 카운트 읽기, 트랜잭션 2: v=15인 튜플 추가 및 카운트 증가

트랜잭션 1이 카운트를 0으로 읽고, 트랜잭션 2가 튜플 추가 후 카운트를 1로 변경 후 커밋

트랜잭션 1이 카운트를 1로 읽고 커밋 - 확장된 팬텀 리드 현상

상업적 DBMS에서 사용되는 아이솔레이션 레벨

기존 아이솔레이션 레벨과 달리 동시성 제어 구현 방식 기반

트랜잭션 1: x에서 y로 40 이체, 트랜잭션 2: y에 100 입금

트랜잭션 시작 시점의 스냅샷 기반으로 데이터 읽고 쓰기

같은 데이터에 대한 Write-Write 충돌 시 먼저 커밋된 트랜잭션만 인정

다양한 RDBMS의 아이솔레이션 레벨 구현

SQL 표준 기반 아이솔레이션 레벨과 각 RDBMS 구현의 차이점

MySQL (InnoDB): Read Uncommitted, Read Committed, Repeatable Read, Serializable 제공

Oracle: Read Committed와 Serializable 주로 사용, Read Committed는 스냅샷 아이솔레이션으로 동작

SQL Server: 5가지 아이솔레이션 레벨 제공, 스냅샷 아이솔레이션 포함

PostgreSQL: 4가지 레벨 제공, Repeatable Read는 스냅샷 아이솔레이션에 해당

🤔 트랜잭션 동시 실행 시 발생 가능한 이상 현상

트랜잭션이 동시에 실행될 때 **데이터베이스에서 이상한 현상이 발생할 수 있습니다.** 이러한 현상을 이해하고 아이솔레이션 레벨을 설정하는 것이 중요합니다.

👻 더티 리드 (Dirty Read): 커밋되지 않은 데이터 읽기

더티 리드는 **커밋되지 않은 변화를 다른 트랜잭션이 읽을 때 발생합니다.** 예를 들어, 트랜잭션 1이 x 값을 변경했지만 아직 커밋하지 않았는데, 트랜잭션 2가 이 변경된 x 값을 읽는 경우입니다. 만약 트랜잭션 1이 롤백되면 트랜잭션 2는 유효하지 않은 데이터를 읽게 되어 문제가 발생합니다.

😵‍💫 넌 리피터블 리드 (Non-Repeatable Read): 트랜잭션 내에서 같은 데이터의 값이 달라짐

넌 리피터블 리드는 **하나의 트랜잭션 안에서 같은 데이터를 두 번 읽었는데 값이 달라지는 현상**입니다. 트랜잭션 1이 x 값을 읽은 후, 트랜잭션 2가 x 값을 변경하고 커밋하면, 트랜잭션 1이 다시 x 값을 읽을 때 다른 값을 얻게 됩니다. **이는 아이솔레이션 속성에 위배되는 현상입니다.**

🪞 팬텀 리드 (Phantom Read): 갑자기 나타나는 데이터

팬텀 리드는 **특정 조건에 맞는 데이터 집합을 읽는 트랜잭션에서, 다른 트랜잭션에 의해 해당 조건에 맞는 새로운 데이터가 삽입되어 결과가 달라지는 현상**입니다. 예를 들어, 트랜잭션 1이 v=10인 튜플을 읽은 후, 트랜잭션 2가 v=10인 새로운 튜플을 삽입하면, 트랜잭션 1이 같은 조건으로 다시 읽을 때 새로운 튜플이 포함된 결과를 얻게 됩니다.

🚧 아이솔레이션 레벨 (Isolation Level): 이상 현상 허용 정도

아이솔레이션 레벨은 **이러한 이상 현상들을 얼마나 허용할 것인지 정의하는 것**입니다. 높은 아이솔레이션 레벨은 데이터 일관성을 보장하지만, 동시성(Concurrency)을 낮춰 DB 성능을 저하시킬 수 있습니다. **개발자는 필요에 따라 적절한 아이솔레이션 레벨을 선택해야 합니다.**

아이솔레이션 레벨은 크게 네 가지로 나뉩니다. Read Uncommitted (가장 자유로움), Read Committed (더티 리드 방지), Repeatable Read (넌 리피터블 리드 방지), Serializable (모든 이상 현상 방지). **각 레벨은 허용하는 이상 현상의 종류에 따라 구분됩니다.**

📜 ANSI 표준의 비판과 추가적인 이상 현상

1995년 논문에서는 ANSI 표준 아이솔레이션 레벨의 모호한 정의와 부족한 이상 현상 종류를 비판했습니다. **이 논문은 더티 라이트, 로스트 업데이트, 리드 스큐, 라이트 스큐와 같은 추가적인 이상 현상을 제시합니다.**

✍️ 더티 라이트 (Dirty Write): 커밋되지 않은 데이터 덮어쓰기

더티 라이트는 **커밋되지 않은 데이터를 다른 트랜잭션이 덮어쓰는 현상**입니다. 트랜잭션 1이 x 값을 변경했지만 아직 커밋하지 않았는데, 트랜잭션 2가 x 값을 덮어쓰는 경우 발생합니다. 트랜잭션 1이 롤백되면 트랜잭션 2의 변경 내용도 사라질 수 있습니다.

잃어버린 업데이트 (Lost Update): 업데이트 반영 실패

로스트 업데이트는 **두 개의 트랜잭션이 같은 데이터를 동시에 업데이트하려고 할 때, 한쪽의 업데이트가 사라지는 현상**입니다. 트랜잭션 1과 2가 x 값을 읽고 각각 다른 값으로 업데이트하려고 할 때, 트랜잭션 2가 먼저 커밋하면 트랜잭션 1의 업데이트는 덮어씌워져 사라집니다.

삐뚤어진 읽기 (Read Skew): 데이터 불일치 읽기

리드 스큐는 **하나의 트랜잭션이 서로 관련된 데이터를 읽을 때, 다른 트랜잭션의 업데이트로 인해 데이터 불일치가 발생하는 현상**입니다. 예를 들어, 트랜잭션 1이 x와 y 값을 읽어야 하는데, 트랜잭션 2가 x 값을 변경한 후 트랜잭션 1이 y 값을 읽으면, x와 y 값의 합이 일관성을 유지하지 못할 수 있습니다.

비뚤어진 쓰기 (Write Skew): 제약 조건 위반

라이트 스큐는 **서로 다른 데이터에 쓰기를 수행하지만, 결과적으로 데이터베이스의 제약 조건을 위반하는 현상**입니다. 트랜잭션 1과 2가 각각 x와 y 값을 변경하되, x+y>0이라는 제약 조건을 만족해야 할 때, 동시에 실행되면 제약 조건을 위반할 수 있습니다.

📸 스냅샷 아이솔레이션 (Snapshot Isolation): MVCC 기반 동시성 제어

스냅샷 아이솔레이션은 **트랜잭션 시작 시점의 데이터 스냅샷을 사용하여 트랜잭션 간의 간섭을 줄이는 방식**입니다. 각 트랜잭션은 자신만의 스냅샷을 기준으로 데이터를 읽고 쓰기 때문에, 다른 트랜잭션의 변경 내용에 영향을 받지 않습니다. **MVCC(Multi-Version Concurrency Control)의 한 종류입니다.**

스냅샷 아이솔레이션에서는 **트랜잭션 시작 전에 커밋된 데이터만 보입니다.** 또한, **같은 데이터에 대해 쓰기 충돌(Write-Write Conflict)이 발생하면 먼저 커밋한 트랜잭션이 승리하고, 나중에 커밋하려는 트랜잭션은 롤백됩니다.**

👨‍💻 실무에서의 아이솔레이션 레벨 접근 방식

실무에서는 **사용하는 DBMS의 아이솔레이션 레벨을 정확히 파악하고 적절한 레벨을 선택해야 합니다.** DBMS마다 제공하는 아이솔레이션 레벨과 구현 방식이 다를 수 있으므로, 문서를 참고하여 각 레벨의 특징을 이해하는 것이 중요합니다.

표준에서 정의된 세 가지 현상 외에도 **다양한 이상 현상을 이해하는 것은 개발 시 잠재적인 문제를 예방하고, 실제 서비스에서 문제가 발생했을 때 원인을 더 빠르게 파악하는 데 도움이 됩니다.**