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

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쉬운코드

이 영상은 트랜잭션 동시 실행 시 발생 가능한 이상 현상(Dirty Read, Non-Repeatable Read, Phantom Read)과 이를 해결하기 위한 아이솔레이션 레벨을 설명합니다.

ANSI 표준 아이솔레이션 레벨의 한계와 추가적인 이상 현상(Dirty Write, Lost Update, Read Skew, Write Skew)을 소개하고, 스냅샷 아이솔레이션의 동작 방식과 MVCC 개념을 설명합니다.

실무에서 RDBMS 별 아이솔레이션 레벨 구현 차이를 이해하고, 다양한 이상 현상에 대한 지식을 바탕으로 트랜잭션 설계 시 발생 가능한 문제를 예방하는 것이 중요합니다.

🤔 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.**

트랜잭션이 동시에 실행될 때 발생할 수 있는 주요 '이상한 현상' 세 가지(Dirty Read, Non-Repeatable Read, Phantom Read)는 각각 어떤 상황에서 발생하는지 설명해주세요.

ANSI 표준에서 정의한 아이솔레이션 레벨(Read Uncommitted, Read Committed, Repeatable Read, Serializable)이 각각 어떤 '이상한 현상'을 허용하고, 허용하지 않는지 비교하여 설명해주세요.

ANSI 표준 아이솔레이션 레벨의 비판 논문에서 언급된 추가적인 이상 현상(Dirty Write, Lost Update, Read Skew, Write Skew)들은 각각 어떤 특징을 가지며, 기존의 Dirty Read, Non-Repeatable Read, Phantom Read와 어떤 차이가 있나요?

스냅샷 아이솔레이션(Snapshot Isolation)은 기존 표준 아이솔레이션 레벨과 어떤 점에서 다르며, MVCC(Multi-Version Concurrency Control)의 한 종류로서 어떻게 동작하는지 설명해주세요.

주요 RDBMS(MySQL, Oracle DB, SQL Server, PostgreSQL)들이 SQL 표준 아이솔레이션 레벨을 어떻게 정의하고 제공하는지에 대한 차이점은 무엇이며, 개발자가 실무에서 아이솔레이션 레벨을 선택할 때 어떤 점을 고려해야 하는지 알려주세요.

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

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

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