[DB] 트랜잭션 격리 수준

Prologue

트랜잭션의 특성 중 한 가지인 격리성(Isolation)은 현재 수행 중인 트랜잭션이 완료될 때까지 트랜잭션이 생성된 중간 연산 결과에 다른 트랜잭션들이 접근할 수 없음을 의미한다.
격리성은 여러 개의 격리 수준으로 나뉘어 격리성을 보장한다.
격리 수준은 아래와 같이 4개가 있다.

위로 갈수록 동시성이 강해지지만 격리성은 약해지고, 아래로 갈수록 동시성은 약해지지만 격리성은 강해진다.
또한 각 단계마다 나타나는 현상이 있다.
- READ_UNCOMMITTED - 팬텀 리드, 반복 가능하지 않는 조회, 더티 리드가 발생할 수 있다.
- READ_COMMITTED - 팬텀 리드, 반복 가능하지 않는 조회가 발생한다.
- REPEATABLE_READ - 팬텀 리드가 발생한다.

더티 리드(Dirty Read)는 반복 가능하지 않은 조회와 유사하며 한 트랜잭션이 실행 중일 때 다른 트랜잭션에 의해 수정되었지만 아직 ‘커밋되지 않은’행의 데이터를 읽을 경우 발생한다.
예를 들어 사용자 A의 계좌(A 트랜잭션)가 $100을 $0으로 변경한 내용이 아직 커밋되지 않은 상태라도 그 이후에 사용자 B가 조회했을 때 결과가 $0으로 나온 경우를 말한다.
만약 수정한 트랜잭션 A가 그 변경 사항을 롤백하면, 그 데이터를 읽은 다른 트랜잭션 B가 더티 데이터를 가지고 있다고 말한다.

반복 가능하지 않은 조회(Non-Repeatable Read)는 한 트랜잭션 내의 같은 행에 두 번 이상 조회가 발생했는데, 그 값이 다른 경우를 가리킨다.
예를 들어 팬시의 계좌가 1번인 잔고 안에 $100가 들어 있다.

처음에 계좌 1번의 데이터를 읽으면, $100를 읽게 된다.

하지만 이 때 팬시가 계좌가 1번인 잔고에서 $10을 다른 계좌로 송금했다.

그러면 두 번째로 계좌 1번의 데이터를 읽을 때에는 $90를 읽게 된다.
이처럼 한 트랜잭션 내에서 같은 Key를 가진 Row를 두 번 읽었는데 그 사이에 값이 변경되거나 삭제되어 결과가 다르게 나타나는 현상을 말한다.

팬텀 리드(Phantom Read)는 한 트랜잭션 내에서 동일한 쿼리를 보냈을 때 해당 조회 결과가 다른 경우를 말한다.
다른 트랜잭션 의한 변경 사항으로 인해 현재 사용중인 트랜잭션의 Where 절의 조건에 맞는 새로운 행이 생길 수 있는 경우에 관한 것이다.
예를 들어, 팬시의 잔고가 $100 미만인 계좌가 2개인 DB에서

$100 미만인 계좌를 찾는 트랜잭션이 있고, 그 트랜잭션안에서 Select 쿼리를 2번 수행한다고 가정하자.

처음에 데이터를 읽으면 2개의 계좌를 찾게 된다.

하지만 이 때 다른 트랜잭션에서 $0인 계좌를 새로 만들고 난 이후에

두 번째 데이터를 읽을 때에는 3개의 계좌를 찾게 된다.
이처럼 Where 절의 조건에 맞는 새로운 행이 생길 수 있는 경우를 말한다.

DB는 데이터 무결성을 보장하는 것이 중요하다. 데이터 무결성은 데이터의 정확성과 일관성을 유지하고 보증하는 것을 말한다.

그리고 그 무결성을 보장하기 위한 특징이 ACID(Atomicity, Consistency, Isolation, Durability)이다.

데이터베이스는 ACID 특징과 같이 트랜잭션이 독립적인 수행을 하도록 한다. 그래서 등장한 개념이 Locking이다.
Locking은 트랜잭션이 DB를 다루는 동안 다른 트랜잭션이 관여하지 못하게 막는 역할이다.

하지만 무조건적인 Locking으로 동시에 수행되는 수많은 트랜잭션들을 순서대로 처리하면 DB의 성능은 현저히 떨어지게 될 것이다.

그렇다고 해서 성능을 높이기 위해 Locking 범위를 줄인다면, 잘못된 값이 처리될 수 있다.

그래서 최대한 효율적인 Locking 방법이 필요하다.
이와 관련된 Locking 방법이 격리 수준(Isolation Level)이다.

가장 낮은 격리 수준으로, 하나의 트랜잭션이 커밋되기 이전에 다른 트랜잭션에 노출되는 문제가 있지만 가장 빠르다.
이는 데이터 무결성을 위해 되도록이면 사용하지 않는 것이 이상적이나, 몇몇 행이 제대로 조회되지 않더라도 괜찮은 거대한 양의 데이터를 어림잡아 집계하는 데는 사용하면 좋다.
발생할 수 있는 문제
- Phantom Read
- Non-Repeatable Read
- Dirty Read

가장 많이 사용하는 격리 수준이며, PostgreSQL, SQL Server, 오라클에서 기본값으로 설정되어 있다.
READ_UNCOMMITTED 와 달리 다른 트랜잭션이 커밋 되지 않은 정보는 읽을 수 없다.

즉, 커밋 완료된 데이터만 조회를 허용한다.
하지만, 어떤 트랜잭션이 접근한 행을 다른 트랜잭션이 수정할 수 있다.

예를 들어 트랜잭션 A가 수정한 행을 트랜잭션 B가 수정할 수 있다.
발생할 수 있는 문제
- Phantom Read
- Non-Repeatable Read

“REPEATABLE READ: This is the default isolation level for InnoDB.” - MySQL 공식문서 -

MySQL의 InnoDB엔진의 기본 격리수준으로, 하나의 트랜잭션이 수정한 행을 다른 트랜잭션이 수정할 수 없도록 막아주지만 새로운 행을 추가하는 것은 막지 않는다.

따라서 이후에 추가된 행이 발견될 수 있다.
발생할 수 있는 문제
- Phantom Read

교착 상태(Dead Lock)란 두 트랜잭션이 각각 Lock을 설정한 다음 서로의 Lock에 접근하여 값을 얻어오려고 할 때 이미 각각의 트랜잭션에 의해 Lock이 설정되어 있기 때문에 양쪽 트랜잭션 모두 무한정 기다려야 하는 상태를 말한다.