[백엔드 스터디] 6주차 - JPA 영속성 컨텍스트

Google Developer Student Clubs 1기/GDSC 백엔드 스터디

[백엔드 스터디] 6주차 - JPA 영속성 컨텍스트

Razelo 2023. 2. 6. 16:37

안녕하세요.

이번 6주차에는 JPA 영속성 컨텍스트에 대한 스터디를 진행하고자 합니다.

지난 주차와 마찬가지로 단순 단답 위주의 질문 보다는 서술이 가능한 질문 위주로 연습하도록 합니다.

영속성 컨텍스트란?

영속성 컨텍스트란 엔티티를 영구 저장하는 환경이라는 뜻이다. 애플리케이션과 데이터베이스 사이에서 객체를 보관하는 가상의 데이터베이스 같은 역할을 한다. 엔티티 매니저를 통해서 엔티티를 저장하거나 조회하면 엔티티 매니저는 영속성 컨텍스트에 엔티티를 보관하고 관리한다.

em.persist(object) 는 엔티티 매니저를 사용해서 object 엔티티를 영속성 컨텍스트에 저장한다는 의미이다.

영속성 컨텍스트의 특징

엔티티 매니저를 생성할 때 하나 만들어진다.
엔티티 매니저를 통해서 영속성 컨텍스트에 접근하고 관리할 수 있다.

엔티티의 생명주기

비영속(net/transient): 영속성 컨텍스트와 전혀 관계가 없는 상태 (엔티티 객체를 생성했지만 아직 영속성 컨텍스트에 저장하지 않은 상태를 비영속이라 한다.)

Member member = new Member();

영속(managed): 영속성 컨텍스트에 저장된 상태 (엔티티 매니저를 통해서 엔티티를 영속성 컨텍스트에 저장한 상태를 말하며 영속성 컨텍스트에 의해 관리된다는 뜻이다.)

em.persist(member);

준영속(detached): 영속성 컨텍스트에 저장되었다가 분리된 상태 (영속성 컨텍스트가 관리하던 영속 상태의 엔티티를 더이상 관리하지 않으면 준영속 상태가 된다. 특정 엔티티를 준영속 상태로 만들려면 em.detach(member) 같은 방식으로 호출하면 된다.)

em.detach(member); // 엔티티를 영속성 컨텍스트에서 분리해 준영속 상태로 만든다.
em.clear(); // 영속성 콘텍스트를 비워도 관리되던 엔티티는 준영속 상태가 된다.
em.close(); // 영속성 콘텍스트를 종료해도 관리되던 엔티티는 준영속 상태가 된다.

준영속 상태의 특징
- 1차 캐시, 쓰기 지연, 변경 감지, 지연 로딩을 포함한 영속성 컨텍스트가 제공하는 어떠한 기능도 동작하지 않는다.
- 식별자 값을 가지고 있다.

삭제(removed): 삭제된 상태, 엔티티를 영속성 컨텍스트와 데이터베이스에서 삭제한다.

em.remove(member);

JPA 1차 캐시란?

JPA에서 1차 캐시는 EntityManager가 관리하는 영속성 컨텍스트 내부에 있는 첫 번째 캐시이다. 엔티티를 보관하는 저장소로 볼 수 있고 일반적으로 트랜잭션을 시작하고 종료할 때까지만 1차 캐시가 유효하다고 한다. OSIV를 사용하더라도 사용자의 요청이 들어올 때부터 끝날 때까지만 1차 캐시가 유효하다고 한다. 특징은 같은 엔티티가 있으면 객체 동일성을 보장한다고 한다.

1차 캐시는 영속성 컨텍스트 내부에 존재하며 엔티티 매니저로 조회, 변경하는 모든 엔티티는 1차 캐시에 저장된다.
트랜잭션을 커밋하거나 플러시를 호출하면 1차 캐시에 있는 엔티티의 변경 내역을 DB에 동기화한다. OSIV를 사용하면 요청의 시작부터 끝까지 같은 영속성 컨텍스트를 유지한다. 1차 캐시는 끄고 키는 옵션이 아니고 영속성 컨텍스트 자체가 사실상 1차 캐시를 의미한다.

1차 캐시의 특징

- 1차 캐시의 실체는 JPA의 PersistenceContext이며 하이버네이트 구현체로는 Session이다.

- 1차 캐시가 작동하기 위해서는 PersistenceContext(Session) 인스턴스가 필요하다. 이 인스턴스는 트랜잭션이 시작될 때 팩토리로부터 생성된다. 즉 1차 캐시가 작동하기 위해서는 트랜잭션이 필요하다.

- 1차 캐시는 특정 "Session(세션)" 인스턴스에 바인딩된다. 세션은 사실상 하나의 런타임 트랜잭션을 의미하며, 한 트랜잭션에 저장된 캐시는 다른 트랜잭션으로부터 격리된다. 즉 볼 수 없다.

- 캐시된 인스턴스의 범위는 '세션'전까지이다. 인스턴스를 캐싱한 세션이 닫히면, 즉 트랜잭션이 종료되면 그 안에서 저장된 캐시도 모두 소멸된다.

- 하이버네이트에서 1차 캐시는 기본적으로 활성화(사용) 상태이며, 비활성화 할 수 없다.

- 한 세션(트랜잭션)에서 한 엔티티를 처음 쿼리할 때, 이 엔티티는 쿼리를 실행하여 DB로부터 읽어들이고 이를 세션에 바인딩된 1차 캐시에 저장한다.

- 이미 세션의 1차 캐시에 저장된 엔티티를 다시 쿼리하면 이 엔티티는 DB가 아닌 캐시로부터 읽어들인다. 즉 쿼리를 실행하지 않는다.

- 세션의 1차 캐시에 존재하는 인스턴스는 EntityManager.evict() 메서드를 통해 삭제할 수 있다. 삭제 후 같은 엔티티를 쿼리하면 이는 DB로부터 읽어들인다.

- 세션의 1차 캐시의 데이터를 모두 삭제하려면 EntityManager.clear() 를 호출한다.

- 읽기 전용 트랜잭션(@Transactional(readOnly=true)) 에서도 조회된 엔티티는 1차 캐시에 저장된다. 대신 이때 저장된 엔티티는 readonly 플래그를 지닌다.

엔티티 조회 시 쿼리를 생략하고 1차 캐시를 반환하는 조건

- EntityManager.find(by PK)를 통해 조회될 경우에만 1차 캐시를 반환한다. Spring-data-JPA 사용 시 repository.findById가 된다. 하이버네이트는 1차 캐시에 데이터 저장 시 primary key가 되는 프로퍼티(@Id)를 키로 사용하기 때문에 다른 컬럼을 사용해서 엔티티 조회 시 1차 캐시에서 이를 찾을 수 없다.

- 위의 내용에 이어서, 커스텀 쿼리는 1차 캐시를 사용할 수 없다. (ex: Member @Id id: Long, name: String일 때 memberRepository.findByName은 1차 캐시에 엔티티가 존재해도 쿼리를 호출한다.)

- 위의 내용에 이어서 PK를 통해 호출하더라도 그것이 커스텀 쿼리라면 1차 캐시를 사용할 수 없다. 예를 들어 findOneById(Long id)라는 커스텀 쿼리 메서드는 PK로 조회하지만 1차 캐시가 존재해도 무조건 쿼리를 호출한다.

- 위의 이유로, JPQL은 무조건 쿼리를 호출한다. JPQL은 EntityManager.createQuery를 통해서 쿼리를 직접 생성해서 호출하며 EntityManager.find와는 다르다.

- 이 조건들은 1차 캐시를 반환하는 조건이지 엔티티를 1차 캐시에 저장하는 조건이 아니다. 기본적으로 1차 캐시에는 Primary Key 데이터를 키로 하여 조회된 엔티티를 모두 저장한다. 즉 JPQL로 조회된 엔티티는 1차 캐시에 저장되어 findById 호출 시 1차 캐시로부터 반환된다.

캐시의 작동과정

위 조건을 만족하는 경우,. 하이버네이트의 LoadEntityEvent가 작동한다. 이 인터페이스의 구현체로는 DefaultLoadEventListener가 사용된다. 이 클래스의 인스턴스는 다음 과정으로 엔티티의 로딩을 실행한다.

1. loadFromSessionCache(): 해당 키를 가진 엔티티가 1차 캐시에 존재하는지 확인한다. 존재한다면 그 엔티티를 반환한다.

2. loadFromSecondLevelCache(): 1차 캐시에 엔티티가 존재하지 않는다면, 2차 캐시에 같은 방식으로 엔티티 존재 여부를 확인하고 존재한다면 그 엔티티를 반환한다.

3. loadFromDataSource(): 2차 캐시에 엔티티가 존재하지 않는다면, 데이터 소스(DB)에 SQL을 실행해서 ResultSet을 얻고, 여기서 데이터를 읽어서 Object[]를 생성한다. 여기까지가 엔티티가 '읽혀진' 상태가 된다.

4. 읽어온 Object[] 를 1차 캐시와 2차 캐시에 저장한다. 그리고 이 Object[] 를 엔티티 인스턴스로 변환하고, 이를 1차 캐시에 저장한다. 즉 dirty checking을 위한 데이터는 사실 엔티티로 저장되지 않는다. (이 저장된 데이터가 후에 데이터 변경 여부 확인(dirty checking)에 그대로 사용된다.)

즉 요약해서 말하면 1차 캐시 -> 2차 캐시 -> DB 순으로 조회하며, DB 조회 시 2차 캐시에는 ResultSet으로부터 데이터를 추출한 Object[] 를, 1차 캐시에는 Object[], 엔티티를 저장한다. 때문에 Cache hit가 발생하고 1차 캐시의 데이터를 반환할 때는 엔티티를 반환하지만, 2차 캐시의 엔티티를 반환할 때는 Object[] 를 반환한다. 그리고 2차 캐시로부터 반환된 Object[] 는 엔티티로 변환되고, 또 다시 (DB 조회에서와 같이) 1차 캐시에 Object[], 엔티티가 모두 저장된다.

JPA 2차 캐시란?

애플리케이션에서 공유하는 캐시를 JPA는 공유 캐시(Shared Cache)라고 하는데 일반적으로 2차 캐시 (Second Level Cache, L2 Cache)라 부릅니다. 2차 캐시는 애플리케이션 범위의 캐시라고 한다. 따라서 애플리케이션을 종료할 때까지 캐시가 유지된다고 한다. 분산 캐시나 클러스터링 환경의 캐시는 애플리케이션보다 더 오래 유지될 수도 있다고 한다.

엔티티 매니저를 통해서 데이터를 조회할 때 우선적으로 2차 캐시에서 찾고, 없으면 데이터베이스에서 찾는다고 한다. 2차 캐시를 적절히 활용하면 데이터베이스 조회 횟수를 획기적으로 줄일 수 있다고 한다.

하이버네이트를 포함한 대부분의 JPA 구현체들은 애플리케이션 범위의 캐시를 지원하는 데 이것을 2차 캐시라고 한다고 한다.

2차 캐시의 동작 방식

1. 영속성 컨텍스트는 엔티티가 필요하면 2차 캐시를 조회한다.

2. 2차 캐시에 엔티티가 없으면 데이터베이스를 조회한다.

3. 결과를 2차 캐시에 보관한다.

4. 2차 캐시는 자신이 보관하고 있는 엔티티를 복사해서 반환한다.

5. 2차 캐시에 저장되어 있는 엔티티를 조회하면 복사본을 만들어서 반환한다.

6. 2차 캐시는 데이터베이스 기본 키를 기준으로 캐시하지만 영속성 컨텍스트가 다르면 객체 동일성(a==b)을 보장하지 않는다.

즉 2차 캐시는 동시성을 극대화하기 위해서 캐시한 객체를 직접 반환하지 않고 복사본을 만들어서 반환한다.

2차 캐시는 왜 필요할까? 1차 캐시와 어떤 차이점이 존재할까?

아래 그림은 2차 캐시 적용 전의 그림이다.

아래 그림은 2차 캐시 적용 후의 그림이다.

2차 캐시는 동시성을 극대화하기 위해서 캐시한 객체를 직접 반환하지 않고 복사본을 만들어서 반환한다. 여기서 복사본을 반환하는 이유는 캐시한 객체를 그대로 반환하면 여러 곳에서 같은 객체를 동시에 수정하는 문제가 발생할 수 있다.

동시성은 싱글 코어에서 멀티 스레드를 동작시키기 위한 방식으로 멀티 태스킹을 위해 여러 개의 스레드가 번갈아가면서 실행되는 성질을 말한다. 동시성을 이용한 싱글 코어의 멀티 태스킹은 각 스레드들이 병렬적으로 실행되는 것처럼 보이지만 사실은 번갈아가면서 조금씩 실행되고 있는 걸 말한다.

만약 이 문제를 해결하기 위해서 객체에 락을 걸면 성능 및 동시성이 떨어질 수 있다. 그래서 2차 캐시는 원본 대신 복사본을 반환한다. 2차 캐시를 잘만 사용하면 1차 캐시의 동시성 문제를 해결하고 애플리케이션의 조회 성능을 끌어올릴 수 있다.

2차 캐시는 어떻게 사용할까?

캐시 모드를 설정하려면 Entity 객체 위에 @Cacheable 을 작성한다.

@Entity
@Cacheable // 2차 캐시 활성화. true는 기본 값이기 때문에 생략 가능하다. @Cacheable(value=true)
public class Test{
	@Id @GeneratedValue
    private Long id; 
}

그리고 application.yml에 아래와 같이 설정한다.

spring.jpa.properties.hibernate.cache.use_second_level_cache = true
// 2차 캐시를 활성화한다. 

spring.jpa.properties.hibernate.cache.region.factory_class
// 2차 캐시를 처리할 클래스를 지정한다. 

spring.jpa.properties.hibernate.generate_statistics=true
// 하이버네이트가 여러 통계정보를 출력하게 해주는데 캐시 적용 여부를 확인할 수 있다.

또한 @Cacheable을 붙이지 않고도 사용가능하게 바꿔줄 수 있다고 한다.

spring.jpa.properties.javax.persistence.sharedCache.mode = Enable_selective

참고로 위 설정에서 cache mode는 아래와 같이 5가지 모드가 있다고 한다.

캐시 모드	설명
ALL	모든 엔티티를 캐시합니다.
NONE	캐시를 사용하지 않습니다.
ENABLE_SELECTIVE	Cacheable(true)로 설정된 엔티티만 캐시를 적용합니다.
DISABLE_SELECTIVE	모든 엔티티를 캐시하는데 Cacheable(false)만 캐시하지 않습니다.
UNSPECIFIED	JPA 구현체가 정의한 설정을 따릅니다.

참고로 @Cache라는 어노테이션도 존재한다고 하는데 이건 하이버네이트 전용이라고 한다. 캐시와 관련된 더 세밀한 설정을 할 때 사용한다고 한다. 또한 컬렉션 캐시를 적용할 때에도 사용한다고 한다.

@Cache의 CacheConcurrencyStrategy 속성

READ_ONLY	자주 조회하고 수정 작업을 하지 않는 데이터에 적합합니다.
READ_WRITE	조회 및 수정 작업을 하는 데이터에 적합합니다. Phatom Read가 발생할 수 있으므로 SERIALIZABLE 격리 수준에서는 사용할 수 없습니다.
NONSTRICT_READ_WIRTE	거의 수정 작업을 하지 않는 데이터에 적합합니다.

JPA 쓰기 지연이란?

쓰기 지연이란 영속성 컨텍스트에 변경이 발생했을 때, (영속성 컨텍스트에 엔티티가 들어왔을 때) 바로 데이터베이스에 쿼리를 보내지 않고 SQL 쿼리를 쓰기 지연 저장소(버퍼)에 모아놨다가, 영속성 컨텍스트가 flush하는 시점에 모아둔 SQL쿼리를 데이터베이스로 보내는 기능이다.

위 그림에서 memberA와 memberB가 있는데 이 친구들이 영속성 컨텍스트에 들어오면 1차 캐시에 엔티티가 저장되고 쓰기 지연 저장소에 SQL을 쌓아둔다. 그리고 트랜잭션이 커밋되는 시점에 flush 호출을 통해서 쓰기 지연 저장소에 있는 데이터베이스로 SQL 쿼리를 보낸다.

참고사항:

@ID 기본키 자동 생성 전략인 IDENTITY 식별자 생성 전략은 엔티티를 데이터베이스에 저장해야 식별자를 구할 수 있으므로 em.persist()를 호출하는 즉시 INSERT SQL이 데이터베이스로 전달된다. 그래서 쓰기 지연이 동작하지 않는다.

JPA 변경 감지란(Dirty Checking)?

변경 감지란 Dirty Checking이란 말로도 불린다. 영속성 컨텍스트를 이용하면 update 로직을 따로 실행하지 않아도 된다. 이 기능은 눈으로도 바로 확인이 가능하다. 어플리케이션 레벨에서 객체를 변경하기만 해도 update쿼리가 실행된다.

JPA 에서는 엔티티를 조회하면 해당 엔티티를 조회 상태 그대로 1차 캐시에 스냅샷을 만들어 놓는다. 그리고 트랜잭션이 커밋되는 시점에, 즉 flush될 때 이 스냅샷과 엔티티 객체를 비교해서 변경이 되었으면 update 쿼리를 쓰기 지연 저장소에 생성하고 DB에 반영한다.

JPA 지연 로딩이란?

지연로딩이란 필요한 시점에 연관된 객체의 데이터를 불러온다.

@xxToxx(fetch=fetchType.LAZY)

JPA 즉시 로딩이란?

즉시 로딩이란 데이터를 조회할 때 연관된 모든 객체의 데이터까지 한 번에 불러오는 것이다.

@xxToxx(fetch=fetchType.EAGER)

가급적이면 지연 로딩을 사용하는 것이 권장된다고 한다.

영속성 컨텍스트의 특징

영속성 컨텍스트의 식별자 값

영속성 컨텍스트는 엔티티를 식별자 값으로 구분한다. 따라서 영속 상태는 식별자 값이 반드시 있어야 한다. 엔티티에 식별자 값이 없으면 영속성 컨텍스트에 의해 관리될 수 없다. 즉 식별자 값(id)는 영속성의 조건이다.

영속성 컨텍스트의 데이터베이스 저장

JPA는 보통 트랜잭션을 커밋하는 순간 영속성 컨텍스트에 새로 저장된 엔티티를 데이터베이스에 반영하는데 이를 flush라 한다.

영속성 컨텍스트가 엔티티를 관리할 경우의 장점

1차 캐시
동일성 보장
트랜잭션을 지원하는 쓰기 지연
변경 감지
지연 로딩

영속 엔티티의 동일성 보장

영속성 컨텍스트는 엔티티의 동일성을 보장한다.

Member a = em.find(Member.class, "member1");

Member b = em.find(Member.class, "member1"); 

System.out.print(a == b) // true

동일성 비교: 실제 인스턴스가 같다. ==을 사용해서 비교한다.
동등성 비교: 실제 인스턴스는 다를 수 있지만 인스턴스가 가지고 있는 값이 같다. equals() 메소드를 구현해서 비교한다.

플러시

플러시는 영속성 컨텍스트의 변경 내용을 데이터베이스에 반영한다. 영속성 컨텍스트의 엔티티를 지우는 게 아니라 변경 내용을 데이터베이스에 동기화하는 것이다. JPA는 트랜잭션 커밋 시 (entityManger.flush()로 직접 호출하거나 JPQL 쿼리 실행으로 자동 호출하는 방법도 있다고 한다.) 영속성 컨텍스트에 새로 저장된 엔티티를 DB에 반영한다. 이때 영속성 컨텍스트의 변경 내용을 데이터베이스에 반영하는 것을 flush라고 한다. 커밋이 될 때 자동으로 발생하지만 실제로는 플러시 다음에 실제 커밋이 일어난다.

주의할 점은 플러시로 인해서 영속성 컨텍스트가 비워지는 것은 아니라는 것이다. 플러시는 영속성 컨텍스트의 변경 사항들과 DB의 상태를 맞추는 작업으로 영속성 컨텍스트의 변경 내용을 DB에 동기화한다.

플러시를 하게 되면 Dirty Checking(변경 감지)이 일어나고 쓰기 지연 저장소(등록, 수정, 삭제 쿼리 저장소)가 비워진다. 하지만 1차 캐시는 그대로 유지된다.

플러시의 흐름

변경 감지가 동작해서 스냅샷과 비교해서 수정된 엔티티를 찾는다.
수정된 엔티티에 대해서 수정 쿼리를 만들고 SQL 저장소에 등록한다.
쓰기 지연 SQL 저장소의 쿼리를 데이터베이스에 전송한다.

플러시하는 방법

em.flush()
트랜잭션 커밋시 자동 호출
JPQL 쿼리 실행시 자동 호출

병합 (merge())

merge() 메소드는 준영속 상태의 엔티티를 받아서 그 정보로 새로운 영속 상태의 엔티티를 반환한다.

1. merge()를 실행한다.

2. 파라미터로 넘어온 준영속 엔티티의 식별자 값으로 1차 캐시에서 엔티티를 조회한다.

2-1. 만약 1차 캐시에 엔티티가 없으면 데이터베이스에 엔티티를 조회하고 1차 캐시에 저장한다.

3. 조회한 영속 엔티티에 준영속 상태의 엔티티의 값을 채워 넣는다.

4. 영속 엔티티를 반환한다.

비영속 병합

병합은 준영속, 비영속을 신경 쓰지 않는다. 식별자 값으로 엔티티를 조회할 수 있으며 불러서 병합하고 조회할 수 없으면 새로 생성해서 병합한다. 따라서 병합은 save or update 기능을 수행한다.

요약

엔티티 매니저는 엔티티 매니저 팩토리에서 생성한다. 영속성 컨텍스트는 엔티티 매니저를 통해서 접근할 수 있다.

영속성 컨텍스트는 애플리케이션과 데이터베이스 사이에서 객체를 보관하는 가상의 데이터베이스 같은 역할을 한다. 영속성 컨텍스트 덕분에 1차 캐시, 동일성 보장, 트랜잭션을 지원하는 쓰기 지연, 변경 감지, 지연 로딩 기능을 사용할 수 있다.

영속성 컨텍스트에 저장된 엔티티는 플러시 시점에 데이터베이스에 반영되는데 일반적으로 트랜잭션을 커밋할 때 영속성 컨텍스트가 플러시된다.

준영속 상태의 엔티티는 더는 영속성 컨텍스트의 관리를 받지 못하므로 영속성 컨텍스트가 제공하는 1차 캐시, 동일성 보장, 트랜잭션을 지원하는 쓰기 지연, 변경 감지, 지연 로딩 같은 기능들을 사용할 수 없다.

추가적인 개념

OSIV란?

Open-Session-In-View를 말한다. JPA에서는 Open EntityManager In View 즉 OEIV라고 하며, 하이버네이트에서는 OSIV라고 부르지만 같은 기능이라고 한다. OSIV 전략은 트랜잭션 시작 시에 최초 데이터베이스 커넥션 시작 지점부터 API 응답이 끝날 때(View)까지 영속성 컨텍스트와 데이터베이스 커넥션을 유지한다. 즉 View 레이어에서도 지연 로딩을 사용할 수 있다.

영속성 컨텍스트를 뷰까지 열어두는 기능을 말하며 뷰에서도 지연 로딩을 사용할 수 있어서 스프링 프레임워크에서는 OSIV 여부를 기본적으로 true로 설정하고 있다.

스프링이 제공하는 OSIV는 서블릿 또는 인터셉터에서 적용이 가능하며, OSIV 사용 시 영속성 컨텍스트는 View 레이어까지 지속되지만 영속 상태의 객체를 수정할 경우에는 트랜잭션 안에서만 가능하다.

OSIV 사용시

spring.jpa.open-in-view=true 설정 후 어플리케이션을 구동하면 시작 시점에 warn 로그를 출력하게 된다.

OSIV 사용 시 단점

이 전략은 너무 오랜 시간 동안 커넥션 리소스를 사용하기 때문에 실시간 트래픽이 중요한 애플리케이션에서는 커넥션이 모자랄 수 있다. OSIV를 끄면 트랜잭션을 종료할 때 영속성 컨텍스트를 닫고, 데이터베이스 커넥션도 반환한다.

OSIV를 끄면 모든 지연로딩을 트랜잭션 안에서 처리해야한다. 즉 트랜잭션이 끝나기 전에 지연로딩을 강제 호출해야 한다.

OSIV 미사용시

OSIV를 끄게 되면 아래와 같이 트랜잭션 레이어에서 영속성 컨텍스트를 유지하게 된다. 따라서 커넥션 리소스가 사용 시 보다 일찍 종료되어 트래픽이 많아 커넥션 리소스가 모자를 때 선택하는 전략이다.

OSIV 미사용 시 장단점

OSIV 미사용 시 View 레이어에 보낼 데이터를 강제 정리해야하므로 Service에서 복잡성이 증가하게 되는데 이러한 복잡성은 Command와 Query를 분리하는 방법이 있다. 규모가 크고 트래픽이 많은 복잡한 애플리케이션이라면 성능 최적화와 유지보수 관점에서 이러한 방법을 고려해볼 수있고, 그렇지 않고 규모가 작고 트래픽이 적은 간단한 애플리케이션이라면 복잡성만 늘어나는 결과를 초래할 수 있으므로 이 점을 잘 고려하여 선택해야 한다.

Phantom Read란?

트랜잭션 시작 시점 데이터를 읽었을 떄 존재하지 않았던 데이터가 다시 같은 조건으로 데이터를 읽어 들였을 때 존재해서 (유령처럼) Inconsistent한 결과값을 반환하는 현상을 뜻한다.

하이버네이트가 지원하는 캐시

엔티티 캐시: 엔티티 단위로 캐시한다. 식별자로 엔티티를 조회하거나 컬렉션이 아닌 연관된 엔티티를 로딩할 때 사용한다.
컬렉션 캐시: 엔티티와 연관된 컬렉션을 캐시한다. 컬렉션이 엔티티를 담고 있으면 식별자 값만 캐시한다. (하이버네이트 기능)
쿼리 캐시: 쿼리와 파라미터 정보를 키로 사용해서 캐시한다. 결과가 엔티티면 식별자 값만 캐시한다.

JPA표준에는 엔티티 캐시만 정의한다고 한다.

Small Talk

1. OSIV란?

2. Phantom Read란?

3. JPA 표준 캐시?

JPA표준에는 엔티티 캐시만 정의한다고 한다. (엔티티 캐시는 엔티티 단위로 캐시한다. 식별자로 엔티티를 조회하거나 컬렉션이 아닌 연관된 엔티티를 로딩할 때 사용한다.)

4. 플러시하는 방법은 총 몇가지 있을까?

em.flush(), 트랜잭션 커밋시 자동 호출, JPQL 쿼리 실행시 자동 호출로 세 가지가 있다.

5. 엔티티 매니저

엔티티 매니저는 엔티티 매니저 팩토리에서 생성한다. 이 영속성 컨텍스트는 엔티티 매니저를 통해서 접근할 수 있다.

6. 영속성 컨텍스트

7. 플러시

영속성 컨텍스트에 저장된 엔티티는 플러시 시점에 데이터베이스에 반영되는데 일반적으로 트랜잭션을 커밋할 때 영속성 컨텍스트가 플러시된다.

8. 준영속

9. 플러시에 대한 개념 중 주의할 점

플러시에 대한 개념 중 주의할 점은 플러시로 인해서 영속성 컨텍스트가 비워지는 것은 아니라는 것이다. 플러시는 영속성 컨텍스트의 변경 사항들과 DB의 상태를 맞추는 작업으로 영속성 컨텍스트의 변경 내용을 DB에 동기화한다.

10. 2차 캐시의 중요성

동시성은 싱글 코어에서 멀티 스레드를 동작시키기 위한 방식으로 멀티 태스킹을 위해 여러 개의 스레드가 번갈아가면서 실행되는 성질을 말한다. 동시성을 이용한 싱글 코어의 멀티 태스킹은 각 스레드들이 병렬적으로 실행되는 것처럼 보이지만 사실은 번갈아가면서 조금씩 실행되고 있는 걸 말한다.

만약 이 문제를 해결하기 위해서 객체에 락을 걸면 성능 및 동시성이 떨어질 수 있다. 그래서 2차 캐시는 원본 대신 복사본을 반환한다. 2차 캐시를 잘만 사용하면 1차 캐시의 동시성 문제를 해결하고 애플리케이션의 조회 성능을 끌어올릴 수 있다.

11. DB 트랜잭션 격리 수준

트랜잭션 격리 수준 즉 isolation level이란 동시에 여러 트랜잭션이 처리될 때, 트랜잭션끼리 얼마나 서로 고립되어 있는 지를 타내는 것이다. 즉 특정 트랜잭션이 다른 트랜잭션에 변경할 데이터를 볼 수 있도록 허용할지 말지를 결정하는 것이다.

크게 4개로 나뉜다.

- READ UNCOMMITTED

- READ COMMITTED

- REPEATABLE READ

- SERIALIZABLE

아래로 내려갈 수록 트랜잭션 간 고립 정도가 높아지고, 성능이 떨어진다.

일반적인 온라인 서비스에서는 READ COMMITTED나 REPEATABLE READ 중 하나를 사용한다.

(오라클 = READ COMMITTED, MySQL = REPEATABLE READ)

12. 1차 캐시의 특징

- 1차 캐시의 실체는 JPA의 PersistenceContext이며 하이버네이트 구현체로는 Session이다.

- 캐시된 인스턴스의 범위는 '세션'전까지이다. 인스턴스를 캐싱한 세션이 닫히면, 즉 트랜잭션이 종료되면 그 안에서 저장된 캐시도 모두 소멸된다.

- 하이버네이트에서 1차 캐시는 기본적으로 활성화(사용) 상태이며, 비활성화 할 수 없다.

- 한 세션(트랜잭션)에서 한 엔티티를 처음 쿼리할 때, 이 엔티티는 쿼리를 실행하여 DB로부터 읽어들이고 이를 세션에 바인딩된 1차 캐시에 저장한다.

- 이미 세션의 1차 캐시에 저장된 엔티티를 다시 쿼리하면 이 엔티티는 DB가 아닌 캐시로부터 읽어들인다. 즉 쿼리를 실행하지 않는다.

- 세션의 1차 캐시에 존재하는 인스턴스는 EntityManager.evict() 메서드를 통해 삭제할 수 있다. 삭제 후 같은 엔티티를 쿼리하면 이는 DB로부터 읽어들인다.

- 세션의 1차 캐시의 데이터를 모두 삭제하려면 EntityManager.clear() 를 호출한다.

- 읽기 전용 트랜잭션(@Transactional(readOnly=true)) 에서도 조회된 엔티티는 1차 캐시에 저장된다. 대신 이때 저장된 엔티티는 readonly 플래그를 지닌다.

13. 캐시의 작동과정

위 조건(엔티티 조회 시 쿼리를 생략하고 1차 캐시를 반환하는 조건)을 만족하는 경우. 하이버네이트의 LoadEntityEvent가 작동한다. 이 인터페이스의 구현체로는 DefaultLoadEventListener가 사용된다. 이 클래스의 인스턴스는 다음 과정으로 엔티티의 로딩을 실행한다.

1. loadFromSessionCache: 해당 키를 가진 엔티티가 1차 캐시에 존재하는지 확인한다. 존재한다면 그 엔티티를 반환한다.

면접 예상 질문

1. JPA 쓰기 지연이란 무엇인가요?

쓰기 지연이란 영속성 컨텍스트에 변경이 발생했을때, 즉 영속성 컨텍스트에 엔티티가 들어왔을 때 바로 데이터베이스에 쿼리를 보내지 않고 SQL 쿼리를 쓰기 지연 저장소 즉 버퍼에 모아놨다가 영속성 컨텍스트가 flush하는 시점에 모아둔 쿼리를 데이터베이스로 보내는 기능입니다.

(알아두면 좋은 내용: @ID 기본키 자동 생성 전략인 IDENTITY 식별자 생성 전략은 엔티티를 데이터베이스에 저장해야 식별자를 구할 수 있으므로 em.persist()를 호출하는 즉시 INSERT SQL이 데이터베이스로 전달된다. 그래서 쓰기 지연이 동작하지 않는다.)

2. JPA 변경 감지란 무엇인가요?

변경 감지란 Dirty Checking이라고 한다. 영속성 컨텍스트를 이용하면 update 로직을 따로 실행하지 않아도 된다고 합니다. 애플리케이션 레벨에서 객체를 변경하기만해도 update 쿼리가 실행된다. JPA에서는 엔티티를 조회하면 해당 엔티티를 조회 상태 그대로 1차 캐시에 스냅샷을 만들어놓는다. 그래서 트랜잭션이 커밋되는 시점에 즉 flush될 때 이 스냅샷과 엔티티 객체를 비교해서 변경이 되었으면 update 쿼리를 쓰기 지연 저장소에 생성하고 DB에 반영한다고 한다.

3. JPA 지연 로딩이란 무엇인가요?

지연 로딩이란 필요한 시점에 연관된 객체의 데이터를 불러오는 기능이다.

@xxToxx(fetch=fetchType.LAZY)

4. JPA 즉시 로딩이란 무엇인가요?

즉시 로딩이란 데이터를 조회할 때 연관된 모든 객체의 데이터까지 한 번에 불러오는 것이다.

@xxToxx(fetch=fetchType.EAGER)

5. JPA 1차 캐시란 무엇인가요?

6. JPA 2차 캐시란 무엇인가요?

하이버네이트를 포함한 대부분의 JPA 구현체들은 애플리케이션 범위의 캐시를 지원하는 데 이것을 2차 캐시라고 한다고 한다.

7. 하이버네이트가 지원하는 캐시의 종류에 대해 설명해보세요.

- 엔티티 캐시: 엔티티 단위로 캐시한다. 식별자로 엔티티를 조회하거나 컬렉션이 아닌 연관된 엔티티를 로딩할 때 사용한다.

- 컬렉션 캐시: 엔티티와 연관된 컬렉션을 캐시한다. 컬렉션이 엔티티를 담고 있으면 식별자 값만 캐시한다. (하이버네이트 기능)

- 쿼리 캐시: 쿼리와 파라미터 정보를 키로 사용해서 캐시한다. 결과가 엔티티면 식별자 값만 캐시한다.

JPA 표준에는 엔티티 캐시만 정의한다고 한다.

8. 플러시의 개념에 대해 알고 있는 대로 말해보세요.

9. 플러시의 흐름을 간략하게 설명해보세요.

1) 변경 감지가 동작해서 스냅샷과 비교해서 수정된 엔티티를 찾는다.

2) 수정된 엔티티에 대해서 수정 쿼리를 만들고 SQL 저장소에 등록한다.

3) 쓰기 지연 SQL 저장소의 쿼리를 데이터베이스에 전송한다.

10. 영속성 컨텍스트가 엔티티를 관리할 때의 장점을 말해보세요.

- 1차 캐시

- 동일성 보장

- 트랜잭션을 지원하는 쓰기 지연

- 변경 감지

- 지연 로딩

(동일성 보장이란? em.find를 통해 찾은 대상의 동일성을 보장해주는 개념이다.)

11. 2차 캐시의 동작 방식 혹은 순서에 대해 간략하게 설명해보세요.

1) 영속성 컨텍스트는 엔티티가 필요하면 2차 캐시를 조회한다.

2) 2차 캐시에 엔티티가 없으면 데이터베이스를 조회한다.

3) 결과를 2차 캐시에 보관한다.

4) 2차 캐시는 자신이 보관하고 있는 엔티티를 복사해서 반환한다.

5) 2차 캐시에 저장되어 있는 엔티티를 조회하면 복사본을 만들어서 반환한다.

6) 2차 캐시는 데이터베이스 기본 키를 기준으로 캐시하지만 영속성 컨텍스트가 다르면 객체 동일성(a==b)을 보장하지 않는다.

12. 엔티티의 생명주기와 그 특징에 대해 설명해보세요.

1) 비영속: 영속성 컨텍스트와 전혀 관계가 없는 상태 (엔티티 객체를 생성했지만 아직 영속성 컨텍스트에 저장하지 않은 상태를 비영속이라 한다.)

Member member = new Member();

2) 영속: 영속성 컨텍스트에 저장된 상태 (엔티티 매니저를 통해서 엔티티를 영속성 컨텍스트에 저장한 상태를 말하며 영속성 컨텍스트에 의해 관리된다는 뜻이다.)

em.persist(member);

3) 준영속: 영속성 컨텍스트에 저장되었다가 분리된 상태 (영속성 컨텍스트가 관리하던 영속 상태의 엔티티를 더이상 관리하지 않으면 준영속 상태가 된다. 특정 엔티티를 준영속 상태로 만들려면 em.detach(member) 같은 방식으로 호출하면 된다.)

em.detach(member); // 엔티티를 영속성 컨텍스트에서 분리해 준영속 상태로 만든다.
em.clear(); // 영속성 콘텍스트를 비워도 관리되던 엔티티는 준영속 상태가 된다.
em.close(); // 영속성 콘텍스트를 종료해도 관리되던 엔티티는 준영속 상태가 된다.
준영속 상태의 특징
- 1차 캐시, 쓰기 지연, 변경 감지, 지연 로딩을 포함한 영속성 컨텍스트가 제공하는 어떠한 기능도 동작하지 않는다.
- 식별자 값을 가지고 있다.

4) 삭제: 삭제된 상태, 엔티티를 영속성 컨텍스트와 데이터베이스에서 삭제한다.

em.remove(member);

13. 엔티티 조회 시 쿼리를 생략하고 1차 캐시를 반환하는 조건 중 알고 있는 조건을 한 가지 이상 말해보세요.

- 위의 이유로, JPQL은 무조건 쿼리를 호출한다. JPQL은 EntityManager.createQuery를 통해서 쿼리를 직접 생성해서 호출하며 EntityManager.find와는 다르다.

14. 병합 즉 merge() 메소드에 대해 설명해보세요.

merge() 메소드는 준영속 상태의 엔티티를 받아서 그 정보로 새로운 영속 상태의 엔티티를 반환한다고 한다.

merge()의 순서

1) merge()를 실행한다.

2) 파라미터로 넘어온 준영속 엔티티의 식별자 값으로 1차 캐시에서 엔티티를 조회한다.

2-1) 만약 1차 캐시에 엔티티가 없으면 데이터베이스에 엔티티를 조회하고 1차 캐시에 저장한다.

3) 조회한 영속 엔티티에 준영속 상태의 엔티티의 값을 채워 넣는다.

4) 영속 엔티티를 반환한다.

15. JPA에는 FetchType이라는 개념이 존재합니다. 이 FetchType이 존재하는 이유가 무엇일까요?

FetchType은 JPA가 하나의 Entity를 조회할 때 연관관계에 있는 객체들을 어떻게 가져올 것이냐를 나타내는 설정값입니다. JPA는 ORM 기술로 사용자가 직접 쿼리를 생성하지 않고 JPA에서 JPQL을 이용해서 쿼리를 생성하기 때문에 객체와 필드를 보고 쿼리를 생성합니다. 따라서 다른 객체와 연관관계 매핑이 되어있으면 그 객체들 까지 조회하게 되는데 이 객체를 어떻게 불러와야 하는지에 대한 설정이 필요하기 때문입니다.

도움받은 출처는 아래와 같습니다.

감사합니다.

JPA 영속성 컨텍스트

- https://ttl-blog.tistory.com/108

- https://ultrakain.gitbooks.io/jpa/content/chapter3/chapter3.1.html

- https://hckcksrl.medium.com/%EC%98%81%EC%86%8D%EC%84%B1-%EC%BB%A8%ED%85%8D%EC%8A%A4%ED%8A%B8-986464f8b1e8

- https://cnu-jinseop.tistory.com/101

- https://frootjy.tistory.com/31

- https://incheol-jung.gitbook.io/docs/study/jpa/3

DB 격리 수준

- https://code-lab1.tistory.com/52

Small talk

- https://news.ycombinator.com/item?id=26772550

JPA 지연로딩

- https://developer-hm.tistory.com/37

JPA 1차 캐시

- https://jaehoney.tistory.com/135

- https://parkcheolu.tistory.com/391

JPA 2차 캐시

- https://junghyungil.tistory.com/203

컬렉션 캐시 및 더 깊은 내용들

- https://milenote.tistory.com/157

Phantom Read

- https://seunghyunson.tistory.com/12

JPA 쓰기지연

- https://velog.io/@myspy/JPA%EC%97%90-%EB%8C%80%ED%95%B4-%EB%8D%94-%EC%95%8C%EC%95%84%EB%B3%B4%EC%9E%90

OSIV

- https://agileryuhaeul.tistory.com/entry/OSIV%EB%9E%80

즉시로딩과 지연로딩

- https://webcoding-start.tistory.com/40

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