[자바 ORM 표준 JPA 프로그래밍 - 기본편] 3. 영속성 관리 - 내부 동작 방식

본 게시글은 김영한님의 [자바 ORM 표준 JPA 프로그래밍 - 기본편]을 수강하며 작성한 글입니다.

 

1. 영속성 컨텍스트 1

1) JPA에서 가장 중요한 2가지

1. 객체와 관계형 데이터베이스 매핑하기(Object Relational Mapping)
2. 영속성 컨텍스트

 

2) 앤티티 매니저 팩토리와 앤티티 매니저

앤티티 매니저 팩토리를 통해 클라이언트의 요청이 올 때마다 앤티티 매니저를 생성하고 내부적으로 DB 커넥션을 사용해서 DB에 접근한다.

 

3) 영속성 컨텍스트

• JPA를 이해하는데 가장 중요한 용어이다.
• 엔티티를 영구 저장하는 환경이라는 뜻이다.
• EntityManager.persist(entity);
  persist는 사실 DB에 저장하는 것이 아니라 Entity를 영속성 컨텍스트에 저장한다는 뜻이다.
• 영속성 컨텍스트는 논리적인 개념으로 눈에 보이지 않는다.
• 영속성 컨텍스트는 엔티티 매니저를 생성할 때 하나만 만들어진다. 엔티티 매니저를 통해 영속성 컨텍스트에 접근할 수 있고, 영속성 컨텍스트를 관리할 수 있다.

 

4) 앤티티의 생명주기

 

- 비영속 (new/transient)

영속성 컨텍스트와 전혀 관계가 없는 새로운 상태

// 객체를 생성한 상태(비영속)
Member member = new Member(); 
member.setId("member1"); 
member.setUsername("회원1");

앤티티 객체가 단순히 생성된 상태는 비영속 상태로, 아직 영속성 컨텍스트나 데이터베이스와는 전혀 관계가 없는 상태이다.

 

- 영속 (managed)

영속성 컨텍스트에 관리되는 상태

// 객체를 생성한 상태(비영속) 
Member member = new Member(); 
member.setId("member1"); 
member.setUsername(“회원1”);

// 객체를 저장한 상태(영속)
em.persist(member);

엔티티 매니저를 통해 엔티티를 영속성 컨텍스트에 저장하면, 영속성 컨텍스트가 엔티티를 관리하므로 영속 상태가 된다.

em.persist(member);를 수행하면 member 엔티티는 영속성 컨텍스트에 의해 관리되는 영속 상태가 된다. 위 코드가 수행된다고 데이터베이스에 저장되는 것은 아니다. (트렌잭션이 commit하는 시점에 영속성 컨텍스트에 있는 엔티티들에 대한 쿼리가 날라간다.)

 

- 준영속 (detached)

영속성 컨텍스트에 저장되었다가 분리된 상태

em.detach(member);

영속성 컨텍스트가 관리하던 영속 상태의 엔티티를 영속성 컨텍스트가 관리하지 않으면 준영속 상태가 된다.

 

- 삭제 (removed)

삭제된 상태

em.remove(member);

엔티티를 영속성 컨텍스트와 데이터베이스에서 삭제한다.

 

2. 영속성 컨텍스트 2

1) 영속성 컨텍스트의 이점

1. 1차 캐시
2. 동일성(identity) 보장
3. 트랜잭션을 지원하는 쓰기 지연(transactional write-behind)
4. 변경 감지(Dirty Checking)
5. 지연 로딩(Lazy Loading)

 

1. 1차 캐시

// 엔티티를 생성한 상태(비영속)
Member member = new Member();
member.setId("member1");
member.setUsername("회원1");

// 엔티티를 영속
em.persist(member);

영속성 컨텍스트 내부에 1차 캐시가 존재한다. @Id가 PK를 가지고 있고 , Entity가 객체 자체를 가리키게 된다.

em.persist(member);를 실행하면 엔티티는 영속성 컨텍스트의 1차 캐시에 저장된다.

 

1차 캐시에서 조회

// 1차 캐시에서 조회
Member findMember = em.find(Member.class, "member1");

 

데이터베이스에서 조회

// 데이터베이스에서 조회
Member findMember2 = em.find(Member.class, "member2");

 

1차 캐시의 이점

조회기능이 실행되었을 때 1차 캐시에서 먼저 조회한다. -> 없으면 DB에서 조회 -> 1차 캐시에 저장

→ 1차 캐시를 통해 DB로의 접근 빈도를 줄일 수 있다.

💡 사실 이게 큰 도움은 되지 않는다.
왜냐하면 EntityManager라는 것은 DB 트랜잭션 단위로 만들고 DB 트랜잭션이 끝날 때마다 삭제된다. 즉, 고객의 요청이 하나 들어와서 비즈니스가 끝나면 영속성 컨텍스트를 지운다. 굉장히 복잡할땐 도움이 될 수 있겠지만 일반적으로 굉장히 짧은 시간 동안 유지하기에 큰 도움은 없다고 볼 수 있다.

 

2. 동일성 보장

Member findMember1 = em.find(Member.class, 101L);
Member findMember2 = em.find(Member.class, 101L);

System.out.println("result = " + (findMember1 == findMember2)); // true

1차 캐시로 반복 가능한 읽기 등급의 트랜잭션 격리 수준을 데이터베이스가 아닌 애플리케이션 차원에서 제공한다.
1차 캐시가 존재하기 때문에 가능하다.

💡 만약 영속성 컨텍스트에 101L이 없을 경우에도 위 코드를 실행한다면 같은 결과가 나올까?
그렇다. 처음 101L에 대한 find 요청 시 엔티티 매니저는 데이터베이스에서 101L을 조회해서 1차 캐시에 저장하고 반환한다. 두번째 find 요청 시에는 영속성 컨텍스트가 1차 캐시에 있는 101L 엔티티 인스턴스를 반환하므로 같은 결과가 된다.

 

3. 트랜잭션을 지원하는 쓰기 지연

EntityManager em = emf.createEntityManager();
EntityTransaction transaction = em.getTransaction();
//엔티티 매니저는 데이터 변경 시 트랜잭션을 시작해야 한다.
transaction.begin(); // [트랜잭션] 시작

em.persist(memberA);
em.persist(memberB);
//여기까지 INSERT SQL을 데이터베이스에 보내지 않는다.

//커밋하는 순간 데이터베이스에 INSERT SQL을 보낸다.
transaction.commit(); // [트랜잭션] 커밋

 

동작 원리

영속성 컨텍스트는 내부적으로 1차 캐시 뿐만 아니라 쓰기 지연 SQL 저장소가 존재한다.

memberA를 persist() 메서드를 통해 저장하면 memberA가 1차 캐시에 들어감과 동시에 JPA가 엔티티를 분석해서 INSERT 쿼리를 생성하여 쓰기 지연 SQL 저장소에 쌓아둔다. memberB도 동일하다.

 

그렇다면 쓰기 지연 SQL 저장소에 저장된 쿼리가 DB로 날아가는 시점은 언제인가?

바로 transaction.commit();을 하는 시점에 쓰기 지연 SQL 저장소에 있던 쿼리들이 플러시(flush)되면서 쿼리가 DB로 날라간다.

💡 <property name="hibernate.jdbc.batch_size" value="10"/>의 value를 통해 한 번에 날릴 쿼리 개수의 배치 사이즈를 설정할 수 있다.

 

4. 변경 감지

변경 감지는 엔티티의 변경사항을 데이터베이스에 자동으로 반영하는 기능이다. 자바 컬렉션처럼 데이터를 조회해서 값을 바꿔도 다시 persist()를 호출해서 저장할 필요가 없다.

EntityManager em = emf.createEntityManager();
EntityTransaction transaction = em.getTransaction();

transaction.begin(); // [트랜잭션] 시작

// 영속 엔티티 조회
Member memberA = em.find(Member.class, "memberA");

// 영속 엔티티 데이터 수정
memberA.setUsername("hi");
memberA.setAge(10);

//em.update(member) 이런 코드가 있어야 하지 않을까? NO
transaction.commit(); // [트랜잭션] 커밋

 

동작 원리

JPA는 데이터베이스 트랜잭션을 커밋하는 시점에 내부적으로 flush() 메서드가 호출된다. 그러면 엔티티와 스냅샷을 비교(1차 캐시 안에 존재)한다. 1차 캐시는 엔티티가 처음 영속성 컨텍스트가 저장된 상태를 스냅샷에 저장한다. 비교를 통해 변경이 감지되면 update 쿼리를 쓰기 지연 SQL 저장소에 만들어두고 DB에 반영하고 커밋한다.

 

💡 변경 감지는 영속성 컨텍스트가 관리하는 영속 상태의 엔티티에만 적용된다.
비영속, 준영속처럼 영속성 컨텍스트의 관리를 받지 못하는 엔티티는 값을 변경해도 데이터베이스에 반영되지 않는다.

💡 변경 감지로 인해 실행된 UPDATE SQL의 쿼리는 변경된 부분만 수정 쿼리가 생성될까? 아니다.
JPA의 기본 전략은 엔티티의 모든 필드를 업데이트 한다. 모든 필드를 업데이트하면 데이터베이스에 보내는 데이터 전송량이 증가하는 단점이 있지만, 다음과 같은 장점으로 인해 모든 필드를 업데이트 한다.
1. 모든 필드를 사용하면 수정 쿼리가 항상 같다. 따라서 애플리케이션 로딩 시점에 수정 쿼리를 미리 생성해두고 재사용할 수 있다.
2. 데이터베이스에 동일한 쿼리를 보내면 데이터베이스는 이전에 한 번 파싱된 쿼리를 재사용할 수 있다.

 

3. 플러시

1) 플러시란?

영속성 컨텍스트의 변경내용을 데이터베이스에 반영하는 것이다.

 

2) 플러시 특징

• 영속성 컨텍스트를 비우지 않는다. → 1차 캐시가 지워지지 않고 유지된다.
• 영속성 컨텍스트의 변경 내용을 데이터베이스에 동기화한다.
• 트랜잭션이라는 작업 단위가 중요하다. → 커밋 직전에만 동기화하면 된다.

 

3) 플러시 작동 순서

1. 변경을 감지한다.
2. 수정된 엔티티를 쓰기 지연 SQL 저장소에 등록한다.
3. 쓰기 지연 SQL 저장소의 쿼리를 데이터베이스에 전송한다. (등록, 수정, 삭제 쿼리)

 

4) 영속성 컨텍스트를 플러시하는 방법

1. em.flush() - 직접 호출
   flush() 메서드를 직접 호출해서 영속성 컨텍스트를 강제로 플러시한다.
2. 트랜잭션 커밋 - 플러시 자동 호출
3. JPQL 쿼리 실행 - 플러시 자동 호출

 

5) JPA 쿼리 실행 시 플러시가 자동으로 호출되는 이유

em.persist(memberA);
em.persist(memberB);
em.persist(memberC);

// 중간에 JPQL 실행
query = em.createQuery("select m from Member m", Member.class);
List<Member> members = query.getResultList();

엔티티 매니저가 객체들을 영속성 컨텍스트에 넣어준 뒤, 플러시가 되지 않는 상태에서 JPQL이 실행되면 조회가 되지 않는다. (DB에 반영되지 않았기 때문) 따라서 JPQL 쿼리가 실행될 때 자동으로 플러시를 호출한다.

 

6) 플러시 모드 옵션

em.setFlushMode(FlushModeType.COMMIT)

• FlushModeType.AUTO
  커밋이나 쿼리를 실행할 때 플러시(기본값)
• FlushModeType.COMMITJPQL
  커밋할 때만 플러시. 쿼리 실행시 플러시가 자동으로 일어나는데 해당 옵션을 적용할 경우 플러시되지 않는다.

💡 flush vs transaction commit
flush : 영속성 컨텍스트에 있는 엔티티 정보를 DB에 동기화하는 작업. 아직 트랜잭션 commit이 되지 않았으므로 에러 발생시 롤백이 가능하다.
transaction commmit : transaction commit 이후에는 DB에 동기화된 정보가 영구히 반영되어 롤백을 할 수 없다.

💡 flush가 발생한다고 해서 commit이 이루어지는 것이 아니다.
실제 순서는 flush -> commit 순이다.
플러시가 동작할 수 있는 이유는 데이터베이스 트랜젝션(작업 단위)이라는 개념이 있기 때문이다. 트랜잭션이 시작되고 해당 트랜잭션이 commit되기 직전에만 동기화를 해주면 된다.

 

3. 준영속 상태

1) 준영속 상태란?

• 영속 → 준영속
• 영속 상태의 엔티티가 영속성 컨텍스트에서 분리된다. (detached)
• 영속성 컨텍스트가 제공하는 기능을 사용하지 못한다.

 

2) 준영속 상태로 만드는 방법

• em.detached(entity): 특정 엔티티만 준영속 상태로 전환
• em.clear(): 영속성 컨텍스트를 완전히 초기화
• em.close(): 영속성 컨텍스트를 종료