[DB] 트랜잭션 Isolation Level

트랜잭션 간 독립성 보장

트랜잭션 격리 수준 (Isolation Level)

트랜잭션 격리 레벨은 데이터베이스에서 동시에 실행되는 트랜잭션 간의 간섭을 관리하기 위한 기준이다. ACID 원칙 중 "일관성(Consistency)"를 보장하기 위한 핵심 요소이다.

 

1️⃣ 트랜잭션 격리 수준이란 ? 

트랜잭션 격리 수준은 여러 트랜잭션이 동시에 실행될 때, 특정 트랜잭션이 다른 트랜잭션의 데이터를 볼 수 있는 정도를 결정하는 설정이다.

격리 수준은 아래와 같이 낮은 수준(Low Isolation) 에서 높은 수준(High Isolation)으로 나뉜다.

1. READ UNCOMMITTED
2. READ COMMITTED
3. REPEATABLE READ
4. SERIALIZABLE

격리 수준이 높아질수록 데이터 정합성(Data Integrity)이 강하게 보장되지만, 동시에 성능 저하가 발생할 수 있다.

 

2️⃣ 격리 수준 별 동작과 특징

격리 수준	Dirty Read	Non-Repeatable Read	Phantom Read	동시성
READ UNCOMMITTED	발생	발생	발생	🔥 최고
READ COMMITTED	방지	발생	발생	👍 높음
REPEATABLE READ	방지	방지	발생(MySQL 거의 없음)	🙂 보통
SERIALIZABLE	방지	방지	방지	😓 낮음

 

3️⃣ 격리 수준 상세 설명

1. READ UNCOMITTED (L0)

• 특징 : 커밋되지 않은 데이터도 읽을 수 있는 가장 낮은 수준의 격리. (ROLLBACK, COMMIT 여부에 상관없이 모든 값을 읽는다.)
• 장점 : 성능이 가장 뛰어남. (데이터 일관성 혹은 정합성이 조금 떨어지더라도 성능을 극대화할 때 사용한다.)
• 단점 : Dirty Read, Non-Repeatable Read, Phantom Read 모두 발생 가능.
• 적용사례 : "읽기"가 매우 빈번하지만 데이터 정합성이 많이 필요 없는 어플리케이션에 적합하다. → 거의 사용하지 않는 수준. (데이터 정합성 문제)

💡 예시: Dirty Read

• 트랜잭션 A: 데이터를 변경했지만 아직 커밋하지 않음.
• 트랜잭션 B: 트랜잭션 A의 데이터를 읽음.
• 트랜잭션 A가 ROLLBACK 하면, 트랜잭션 B는 잘못된 데이터를 참조하게 된다.

D

2. READ COMMITTED (L1)

• 특징: 커밋된 데이터만 읽을 수 있다.
• 장점: Dirty Read는 방지된다.
• 단점: Non-Repeatable Read, Phantom Read 발생 가능.
• 적용 사례: 오라클의 기본 격리 수준으로, 데이터 정합성과 동시성이 필요한 경우 사용한다. → 가장 많이 사용되는 격리 수준으로, 커밋되지 않은 정보는 읽을 수 없다.

💡 예시: Non-Repeatable Read

• 트랜잭션 A: 데이터를 읽음
• 트랜잭션 B: 데이터를 업데이트하고 커밋.
• 트랜잭션 A가 다시 데이터를 읽으면 값이 변경된다.

커밋이 끝나기 전엔 UNDO 영역(BUSAN)을 읽고, 커밋이 끝난 뒤엔 실제 레코드 (JEJU) 영역을 읽는다.

💡 MVCC와 READ COMMITTED

 

READ COMMITTED부터 MVCC(Mulitiversion Concurrency Control, 다중 버전 동시성 제어) 가 적용된다.

MVCC는 트랜잭션 동시성을 보장하기 위해 데이터의 여러 버전(Snapshots)을 관리하며, Lock 없이도 일관된 데이터 읽기를 가능하게 한다.

 

MVCC 동작 원리

1. 데이터 변경 시 Undo 영역에 원본 데이터 백업:
   • 데이터는 테이블에 즉시 반영되지만, 이전 데이터는 Undo 영역에 저장.
2. 트랜잭션 시작 시 Snapshot 생성:
   
   • Snapshot은 Undo영역을 기반으로 트랜잭션이 읽을 데이터를 결정한다.
3. Garbage Collection으로 불필요한 Undo 데이터 삭제:
   • 필요 없어진 Undo 데이터를 주기적으로 정리하여 성능을 최적화한다.

MySQL(InnoDB)에서의 MVCC

• MySQL(InnoDB)에서는 Undo 영역을 활용하여 MVCC를 지원한다.
• 주요 동작:
  • Consistent Read(일관된 읽기): 트랜잭션은 테이블의 실제 데이터가 아닌 Undo 영역의 Snapshot 데이터를 읽음.
  • Dirty Read 방지: 커밋되지 않은 데이터는 Undo영역을 통해 배제.
• 주의:  Undo 영역이 과도하게 쌓이면 Garbage Collection에 따른 성능 저하 가능.

 

PorstgreSQL에서의 MVCC

• PostgreSQL은 Snapshot Isolation 방식을 사용하여 MVCC를 지원한다.
• 주요 동작:
  • 데이터 변경 시 트랜잭션 시작 시점의 Snapshot을 참조한다.
  • First-Commiter Win : 동시에 동일 데이터를 변경하려는 경우, 먼저 커밋한 트랜잭션만 성공한다..

3. REPEATABLE READ (L2) (MySQL 기본 격리 수준)

• 특징: 동일 데이터를 반복 읽을 때 항상 같은 값 반환 (MVCC 사용)
• 장점: Dirty Read와 Non-Repeatable Read 방지.
• 단점: Phantom Read 가능 (MySQL에서는 거의 발생하지 않는다)
• 적용 사례: 데이터 일관성이 중요한 어플리케이션.

💡 MySQL의 MVCC와 Phantom Read 방지

• MySQL은 갭 락(Gap Lock)과 넥스트 키 락(Next-Key Lock)을 사용하여 Phantom Read를 방지한다.
• 그러나 잠금 없는 SELECT로 데이터를 읽는 경우에는 Phantom Read가 발생할 수 있다.

💡 REPEATABLE READ와 Phantom Read

 

REPEATABLE READ는 트랜잭션 내에 동일한 데이터를 반복해서 읽을 때 항상 동일한 결과를 T보장한다.

그러나 새로운 레코드가 추가되거나 삭제되는 경우(UPDATE X), Phantom Read 문제가 발생할 가능성이 있다.

 

 

1. 트랜잭션 T1

• T1 트랜잭션은 데이터 "0"를 조회 후 수정(+A, -A) 작업을 수행한다.
• Commit 전까지 수정된 데이터는 다른 트랜잭션에서 볼수 없다.(MVCC로 격리)

2. 트랜잭션 T2

• T2 트랜잭션은 T1이 열려있는 동안 "0"에 대해 쓰기 작업을 시도한다.
• 그러나 T1에서 데이터가 아직 Commit 되지 않았기 때문에 Dirty Read나 Non-Repeatable Read는 발생하지 않는다.

3. Phantom Read 발생 가능:

• T2가 새로운 데이터 +A를 추가하거나 삭제한 경우, T1 트랜잭션에서 동일한 SELECT 쿼리를 실행하면 Phantom Read가 발생할 수 있다.
  • 이 경우 MySQL에서는 Gap Lock으로 대부분의 Phantom Read를 방어한다.

💡 Phantom Read의 동작 예시

 

1. 초기 상태

• 테이블에 id = 1, 2, 3인 레코드가 존재한다는 가정

2. 트랜잭션 A

• SELECT * FROM table WHERE id > 0 쿼리를 실행 → id = 1, 2, 3 결과 반환.

3. 트랜잭션 B

• INSERT INTO table (id) VALUES (4) 실행 후 COMMIT

4. 트랜잭션 A (다시 실행)

• 동일한 SELECT * FROM table WHERE id > 0 실행 → 추가된 id = 4 레코드 포함.

결과적으로, 같은 트랜잭션 내에서 실행된 동일한 쿼리지만 결과가 달라지며, 이를 Phantom Read라고 한다.

 

4. SERIALIZABLE (L3)

• 특징: 가장 높은 격리 수준. 트랜잭션을 직렬화하여 실행한다.
• 장점: Dirty Read, Non-Repeatable Read, Phantom Read 모두 방지한다.
• 단점: 성능 저하(트랜잭션 간 동시성 거의 없음)
• 적용 사례: 완전한 데이터 정합성이 필요한 경우에만 사용한다.

4️⃣ Spring Data JPA에서 설정 방법

Spring Data JPA에서는 @Transactional을 사용해 격리 수준을 설정할 수 있다.

@Transactional(isolation = Isolation.READ_COMMITTED)
public void dataTransaction() {
	// 비즈니스 로직
}

 

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ℹ️ 참고

[ASAC 6기 강의자료]

https://mangkyu.tistory.com/299

[MySQL] 트랜잭션의 격리 수준(Isolation Level)에 대해 쉽고 완벽하게 이해하기

https://nesoy.github.io/articles/2019-05/Database-Transaction-isolation

트랜잭션의 격리 수준(isolation Level)이란?