DB에서 Lock?

뒷 단 작업하면서 데이터가 왔다리 갔다리 하는 데에 신경을 많이 써야 한다. 특히 동일한 자료를 동시에 사용할 때 주의해야 한다. 이를 DB에서 여러 트랜잭션이 같은 자원에 동시에 접근 했을 때라 하며 줄여서 경쟁 상태라 한다. 이러한 경쟁 상태가 되었을 시, 데이터 충돌이나 불일치 현상이 발생되기 때문에 경쟁 상태를 막아줘야 한다. 이 막아주는 행동 매커니즘을 DB에선 LOCK이라 한다.

락은 트랜잭션이 진행되는 동안 특정 데이터를 보호하기 위해 다른 트랜잭션이 그 데이터에 동시에 접근하거나 수정하지 못하게 하는 역할을 맡는다. 즉 Lock은 트랜잭션 처리의 순차성을 보장하기 위한 방법이다.

Lock의 종류

• 공유락 또는 읽기락 (Shared Lock or Read Lock)
  데이터를 읽을 때 사용, 공유 락은 공유 락끼라 동시에 접근 가능
  하나의 데이터를 읽는 것은 여러 사용자가 동시에 가능은 하나, 공유락에 걸린 데이터에 베타락을 사용할 수 없다.
• 베타락 또는 쓰기락 (Exclusive Lock or Write Lock)
  데이터를 변경할 때 사용, 베타락은 락이 해제될 때까지 다른 트랜잭션는 해당 리소스에 접근 못 함.

Lock 설정 범위

접근을 제한하는 락도 범위를 지정할 수 있다. 큰 공간을 차지하는 개념부터 내림차순으로 설정할 수 있으며 다음과 같다.

• 데이터베이스
• 파일
• 테이블
• 행

Lock으로 인한 막힘 현상들: 블록킹 & 데드락

블록킹: 하나의 트랜잭션이 데이터를 사용하여 Lock이 걸렸을 때 Lock간(베타 - 베타, 베타 - 공유)의 경합이 발행하여 특정 트랜잭션이 작업을 진행하지 못하고 멈춰선 상태를 말한다. 블로킹을 해소하기 위해서는 이전의 트랜잭션이 커밋되거나 롤백되어야 한다. 뒤에 들어온 트랜잭션은 이전 트랜잭션이 마무리되어야 이후 진행이 가능하다.

데드락: 두 트랜잭션이 서로가 필요로 하는 자원에 대해 Lock을 잡고 있어, 서로 상대방의 작업이 완료되기만을 기다리며 무한히 대기하는 상태. 즉, 영원히 해결되지 않는 교착 상태를 말한다. 블록킹과 달리 두 프로세스/트랜잭션이 진행 불가능 상태인지라, 강제로 한 트랙잭션을 종료하여야 해결이 가능하다.

구분	블로킹(Blocking)	데드락(Deadlock)
정의	하나의 트랜잭션이 자원을 점유하는 동안 다른 트랜잭션이 대기	서로 다른 트랜잭션이 상대방이 점유한 자원을 기다리며 무한 대기 상태
해결 가능성	선행 트랜잭션이 완료되면 대기 중인 트랜잭션이 실행 가능	시스템이 감지하지 못하면 대기 상태가 계속되어 자동 해결 불가
대기 상태	일시적인 대기 상태, 자원이 해제되면 대기가 끝남	무한 대기 상태, 시스템이 개입하지 않으면 해결되지 않음
발생 원인	하나의 트랜잭션이 자원을 점유하고 있을 때 다른 트랜잭션이 접근 시도	두 트랜잭션이 서로가 점유한 자원을 필요로 하여 발생
해결 방법	선행 트랜잭션이 완료되면 자동 해결	트랜잭션 중 하나를 강제 종료하여 교착 상태를 해제해야 함

Lock의 전략들: 낙관적 락 & 비관적 락

DB에서 경쟁상태를 해결해 주는 락을 이용하여 동시성 문제를 해결하는 전략은 두 가지가 있다.

낙관적 락

충돌이 자주 발생하지 않을 것이라는 가정하에 동작하는 락 방식. 여러 트랜잭션이 동시에 데이터를 읽고 쓸 수 있지만, 트랜잭션 완료 시점에서 데이터의 변경 여부를 검증하여 충돌이 발생했을 때만 처리하는 방식. 실제로는 물리적인 락을 걸지 않으며, 주로 버전 관리(Versioning)를 통해 변경 여부를 확인한다.

특징:

• 데이터베이스에서 물리적인 락을 걸지 않음.
• 트랜잭션이 데이터에 접근하여 작업을 완료한 후, 변경 사항을 커밋할 때 다른 트랜잭션이 해당 데이터를 수정했는지 여부를 검사.
• 주로 버전 번호나 타임스탬프를 사용하여 충돌을 감지.
• 충돌 발생 시, 해당 트랜잭션을 롤백하고 다시 시도.

예시:

1. 트랜잭션 A와 트랜잭션 B가 같은 데이터 읽음.
2. 트랜잭션 A가 해당 데이터를 수정하고 커밋하려 할 때, 데이터의 버전 번호(또는 타임스탬프)를 확인.
3. 트랜잭션 B가 이미 해당 데이터를 수정하고 커밋한 경우, 트랜잭션 A는 충돌을 감지하고 롤백.
4. 그리고 트랜잭션 A는 다시 시도해야 합니다.

장점:

• 동시성 성능이 뛰어남: 물리적 락이 없어 동시 접근에 유리, 충돌이 자주 발생하지 않는 환경에서 성능 좋음.
• 락 오버헤드 X: 물리적으로 데이터에 대한 잠금을 걸지 않기 때문에 성능 저하가 발생 X.

단점:

• 충돌이 발생할 경우 재시도 필요: 충돌이 발생하면 해당 트랜잭션은 다시 시도해야 하므로, 충돌이 잦은 환경에서는 비효율적.

비관적 락

충돌이 자주 발생할 것이라는 가정하에 데이터를 보호하는 방식. 트랜잭션이 데이터를 수정하거나 읽기 전에 먼저 물리적인 잠금을 걸어 다른 트랜잭션이 해당 데이터에 접근하지 못하게 블로킹. 비관적 락은 데이터에 대한 독점적인 접근을 보장하며, 주로 공유 락(Shared Lock)과 배타 락(Exclusive Lock)을 사용.

특징:

• 데이터를 읽거나 수정하기 전 물리적으로 락을 걸어 다른 트랜잭션이 해당 데이터에 접근하지 못하도록 설정.
• 동시성 처리에 제약이 있으며, 충돌이 발생하지 않도록 사전에 예방.
• 트랜잭션이 완료되거나 락이 해제되기 전까지 다른 트랜잭션이 대기 상태에 돌입.

예시:

1. 트랜잭션 A가 데이터를 읽거나 수정하려 할 때 락을 걸고, 트랜잭션 A가 완료될 때까지 다른 트랜잭션은 해당 데이터에 접근 불가.
2. 트랜잭션 B가 같은 데이터를 수정하려고 시도하면, 락이 해제될 때까지 대기

장점:

• 데이터 충돌 방지: 데이터를 수정하기 전에 락을 걸어 충돌을 완벽히 예방
• 안정적인 처리: 데이터 무결성과 일관성을 보장하며, 데이터의 손상 가능성을 최소화.

단점:

• 동시성 저하: 락이 걸리는 동안 다른 트랜잭션이 대기해야 하므로, 동시성이 크게 저하될 수 있습니다.
• 데드락 발생 가능: 여러 트랜잭션이 서로를 기다리며 교착 상태(데드락)에 빠질 수 있음.

요약

구분	낙관적 락 (Optimistic Lock)	비관적 락 (Pessimistic Lock)
기본 개념	충돌이 자주 발생하지 않을 것이라 가정하고, 충돌 시 롤백 후 처리	충돌이 자주 발생할 것이라 가정하고, 미리 락을 걸어 충돌 방지
락 적용 시점	데이터 수정 후 커밋할 때 충돌 여부 확인	데이터 접근 전(읽기 또는 쓰기 시점)에 락을 먼저 걸음
물리적 락	없음 (논리적 검사로 처리)	있음 (실제 락을 걸어 다른 트랜잭션의 접근을 막음)
성능	동시성에 유리하며 락 오버헤드가 적음	동시성이 낮아지고, 대기 시간이 길어질 수 있음
충돌 처리 방식	충돌 발생 시 트랜잭션을 롤백하고 다시 시도	충돌 자체를 예방, 충돌이 발생하지 않도록 함
적합한 상황	읽기가 많고, 쓰기 작업이 드문 환경	쓰기 작업이 많고, 충돌이 빈번히 발생할 가능성이 큰 환경

결론

DB에서 LOCK이란 트랜잭션이 동시에 같은 데이터에 접근하여 의도치 않게 변형되는 것을 막는 개념이다. 읽기/공유 락과 쓰기/베타 락으로 구분되어 있으며, 뒷 단에서 DB를 관리 및 개선할 때 경쟁 상태를 막는 방법과 그로 인한 블로킹이나 데드락 같은 충돌을 방지하다가 나온 부작용이 발생하지 않도록 전략을 짜야한다. 케이스 바이 케이스겠지만, 두가지로 나눠서 낙관적 락과 비관적 락으로 DB의 동시성 처리 문제를 해결할 수 있다.