5. 영속성 관리(1)

JPA가 제공하는 기능은 크게 엔티티와 테이블을 매핑하는 설계 부분과 매핑한 엔티티를 실제 사용하는 부분으로 나눌 수 있다. 여기서는 매핑한 엔티티를 엔티티 매니저(EntityManager)를 통해 어떻게 사용하는지 알아보자.

엔티티 매니저는 엔티티를 저장하고, 수정하고, 삭제하고, 조회하는 등 엔티티와 관련된 모든 일을 처리한다. 이름 그대로 엔티티를 관리하는 관리자다. 개발자의 입장에서 엔티티 매니저는 엔티티를 저장하는 가상의 데이터베이스로 생각하면 된다. 지금부터 엔티티 매니저를 자세히 알아보자. 참고로 내용 중에 구현과 관련된 부분은 하이버네이트를 기준으로 한다. 다른 JPA 구현체도 크게 다르지는 않을 것이다.

1. 엔티티 매니저 팩토리와 엔티티 매니저

데이터베이스를 하나만 사용하는 애플리케이션은 일반적으로 EntityManger Factory를 하나만 생성한다. 다음은 엔티티 매니저 팩토리를 생성하는 코드다.

// 공장 만들기, 비용이 아주 많이 든다.
EntityManagerFactory emf = Persistence.createEntityManagerFactory("jpabook");

Persistence.createEntityManagerFactory("jpabook")를 호출하면 META-INF/persistence.xml에 있는 정보를 바탕으로 EntityManagerFactory를 생성한다.

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<persistence xmlns="http://xmlns.jcp.org/xml/ns/persistence" version="2.1">

    <persistence-unit name="jpabook">

        <properties>

            <!-- 필수 속성 -->
            <property name="javax.persistence.jdbc.driver" value="org.h2.Driver"/>
            <property name="javax.persistence.jdbc.user" value="sa"/>
            <property name="javax.persistence.jdbc.password" value=""/>
            <property name="javax.persistence.jdbc.url" value="jdbc:h2:tcp://localhost/~/test"/>
            <property name="hibernate.dialect" value="org.hibernate.dialect.H2Dialect" />

            <!-- 옵션 -->
            <property name="hibernate.show_sql" value="true" />
            <property name="hibernate.format_sql" value="true" />
            <property name="hibernate.use_sql_comments" value="true" />
            <property name="hibernate.id.new_generator_mappings" value="true" />
            <property name="hibernate.hbm2ddl.auto" value="create" />
            
            <!-- 기본 매핑 이름 -->
            <!-- <property name="hibernate.ejb.naming_strategy" value="org.hibernate.cfg.ImprovedNamingStrategy" />  -->

        </properties>
    </persistence-unit>

</persistence>

이제부터 필요할 때마다 엔티티 매니저 팩토리에서 엔티티 매니저를 생성하면 된다.

// 공장에서 엔티티 매니저 생성, 비용이 거의 안든다.
EntityManager em = emf.createEntityManager();

엔티티 매니저 팩토리는 이름 그대로 엔티티 매니저를 만드는 공장인데, 공장을 만드는 비용은 상당히 크다. 따라서 한 개만 만들어서 애플리케이션 전체에서 공유하도록 설계되어 있다. 반면에 공장에서 엔티티 매니저를 생성하는 비용은 거의 들지 않는다. 그리고 엔티티 매니저는 여러 스레드가 동시에 접근해도 안전하므로 서로 다른 스레드 간에 공유해도 되지만, 엔티티 매니저는 여러 스레드가 동시에 접근하면 동시성 문제가 발생하므로 스레드 간에 절대 공유하면 안 된다.

위의 그림을 보면 하나의 EntityManagerFactory에서 다수의 엔티티 매니저를 생성했다. EntityManager1은 아직 데이터베이스 커넥션을 사용하지 않는데, 엔티티 매니저는 데이터베이스 연결이 꼭 필요한 시점까지 커넥션을 얻지 않는다. 예를 들어 트랜잭션을 생성할 때 커넥션을 획득한다. EntityManger2는 커넥션을 사용 중인데 보통 트랜잭션을 시작할 때 커넥션을 획득한다.

하이버네이트를 포함한 JPA 구현체들은 EntityManagerFactory를 생성할 때 커넥션 풀도 만드는데(persistence.xml에 보면 데이터베이스 접속 정보가 있다) 이것은 J2SE 환경에서 사용하는 방법이다. JPA를 J2EE 환경(스프링 프레임워크 포함)에서 사용하면 해당 컨테이너가 제공하는 데이터소스를 사용한다.

2. 영속성 컨텍스트란?

JPA를 이해하는 데 가장 중요한 용어는 영속성 컨텍스트(persistence context)다. 우리말로 번역하기가 어렵지만 해석하자면 '엔티티를 영구 저장하는 환경' 이라는 뜻이다. 엔티티 매니저는 엔티티를 저장하거나 조회하면 엔티티 매니저는 영속성 컨텍스트에 엔티티를 보관하고 관리한다.

em.persist(member);

지금까지는 이 코드를 단순히 회원 엔티티를 저장한다고 표현했다. 정확히 이야기하면 persist() 메소드는 엔티티 매니저를 사용해서 회원 엔티티를 영속성 컨텍스트에 저장한다.

지금까지 영속성 컨텍트스를 직접 본 적은 없을 것이다. 이것은 논리적인 개념에 가깝고 눈에 보이지도 않는다. 영속성 컨텍스트는 엔티티 매니저를 생성할 때 하나 만들어진다. 그리고 엔티티 매니저를 통해서 영속성 컨텍스트에 접근할 수 있고, 영속성 컨텍스트를 관리할 수 있다.

여러 엔티티가 같은 영속성 컨텍스트에 접근할 수도 있다. 지금은 하나의 엔티티 매니저에 하나의 영속성 컨텍스트가 만들어진다고 생각하자.

3. 엔티티의 생명주기

엔티티에는 4가지 상태가 존재한다.

비영속(new/transient) : 영속성 컨텍스트와 전혀 관계가 없는 상태
영속(managed) : 영속성 컨텍스트에 저장된 상태
준영속(detached) : 영속성 컨텍스트에 저장되었다가 분리된 상태
삭제(removed) : 삭제된 상태

아래 그림은 엔티티의 생명 주기를 나타낸 그림이다.

비영속

엔티티 객체를 생성했다. 지금은 순수한 객체 상태이며 아직 저장하지 않았다. 따라서 영속성 컨텍스트나 데이터베이스와는 전혀 관련이 없다. 이것을 비영속 상태라 한다. 아래 그림을 참조하자.

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

영속

엔티티 매니저를 통해서 엔티티를 영속성 컨텍스트에 저장했다. 이렇게 영속성 컨텍스트가 관리하는 엔티티를 영속 상태라 한다. 이제 회원 엔티티는 비영속 상태에서 영속 상태가 되었다. 결국 영속 상태라는 것은 영속성 컨텍스트에 의해 관리된다는 뜻이다. 아래 그림을 참조하자.

그리고 em.find()나 JPQL을 사용해서 조회한 엔티티도 영속성 컨텍스트가 관리하는 영속 상태다.

// 객체를 저장한 상태(영속)
em.persist(member);

준영속

영속성 컨텍스트가 관리하던 영속 상태의 엔티티를 영속성 컨텍스트가 관리하지 않으면 준영속 상태가 된다. 특정 엔티티를 준영속 상태로 만들려면 em.detach()를 호출하면 된다. em.close()를 호출해서 영속성 컨텍스트를 닫거나 em.clear()를 호출해서 영속성 컨텍스트를 초기화해도 영속성 컨텍스트가 관리하던 영속 상태의 엔티티는 준영속 상태가 된다.

// 회원 엔티티를 영속성 컨텍스트에서 분리, 준영속 상태
em.detach(member);

삭제

엔티티를 영속성 컨텍스트와 데이터베이스에서 삭제한다.

// 객체를 삭제한 상태(삭제)
em.remove(member);

4. 영속성 컨텍스트의 특징

영속성 컨텍스트의 특징은 다음과 같다.

영속성 컨텍스트와 식별자 값

영속성 컨텍스트는 엔티티를 식별자 값(@Id로 테이블의 기본 키와 매핑한 값)으로 구분한다. 따라서 영속 상태를 식별자 값이 반드시 있어야 한다. 식별자 값이 없으면 예외가 발생한다.

영속성 컨텍스트와 데이터베이스 저장

영속성 컨텍스트에 엔티티를 저장하면 이 엔티티는 언제 데이터베이스에 저장될까? JPA는 보통 트랜잭션을 커밋하는 순간 영속성 컨텍스트에 새로 저장된 엔티티를 데이터베이스에 반영하는데 이를 플러시(flush)라 한다.

영속성 컨텍스트가 엔티티를 관리하면 다음과 같은 장점이 있다.

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

지금부터 영속성 컨텍스트가 왜 필요하고 어떤 이점이 있는지를 엔티티 CRUD 하면서 그 이유를 하나씩 알아보자.

1. 엔티티 조회

영속성 컨텍스트는 내부에 캐시를 가지고 있는데 이것을 1차 캐시라고 한다. 영속 상태의 엔티티는 모두 이곳에 저장된다. 쉽게 이야기하면 영속성 컨텍스트 내부에 Map이 하나 있는데 키는 @Id로 매핑한 식별자고 값은 엔티티 인스턴스다.

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

// 엔티티를 영속
em.persist(member);

이 코드를 실행하면 아래 그림처럼 1차 캐시에 회원 엔티티를 저장한다. 회원 엔티티는 아직 데이터베이스에 저장되지 않았다.

1차 캐시의 키는 식별자 값이다. 그리고 식별자 값은 데이터베이스 기본 키와 매핑되어 있다. 따라서 영속성 컨텍스트에 데이터를 저장하고 조회하는 모든 기준은 데이터베이스 기본 키 값이다.

이번에는 엔티티를 조회해보자.

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

find() 메소드를 보면 첫 번째 파라미터는 엔티티 클래스의 타입이고, 두 번째는 조회할 엔티티의 식별자 값이다.

//EntityMangaer.find() 메소드 정의
public <T> T find(Class<T> entityClass, object primarykey);

em.find()를 호출하면 먼저 1차 캐시에서 엔티티를 찾고 만약 찾는 엔티티가 1차 캐시에 없으면 데이터베이스에서 조회한다.

1차 캐시에서 조회

아래 그림을 보자. em.find()를 호출하면 우선 1차 캐시에서 식별자 값으로 엔티티를 찾는다. 만약 찾는 엔티티가 있으면 데이터베이스를 조회하지 않고 메모리에 있는 1차 캐시에서 엔티티를 조회한다.

다음 코드는 1차 캐시에 있는 엔티티를 조회한다.

Member member = new Member();
member.setId("member1");
member.setUsername("회원1");

// 1차 캐시에 저장됨
em.persist(member);

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

데이터베이스에서 조회

만약 em.find()를 호출했는데 엔티티가 1차 캐시에 없으면 엔티티 매니저는 데이터베이스를 조회해서 엔티티를 생성한다. 그리고 1차 캐시에 저장한 후에 영속 상태의 엔티티를 반환한다.

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

아래 그림을 분석해보자.

em.find(Member.class, "member2")를 실행한다.
member2가 1차 캐시에 없으므로 데이터베이스에서 조회한다.
조회한 데이터로 member2 엔티티를 생성해서 1차 캐시에 저장한다(영속 상태).
조회한 엔티티를 반환한다.

이제 member1, member2. 엔티티 인스턴스는 1차 캐시에 있다. 따라서 이 엔티티들을 조회하면 메모리에 있는 1차 캐시에서 바로 불러온다. 따라서 성능상 이점을 누릴 수 있다.

영속 엔티티의 동일성 보장

다음 코드를 통해 식별자가 같은 엔티티 인스턴스를 조회해서 비교해보자.

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

System.out.println(a == b); // 동일성 비교

여기서 a == b는 참을까 거짓일까?

em.find(Member.class, "member1")를 반복해서 호출해도 영속성 컨텍스트는 1차 캐시에 있는 같은 엔티티 인스턴스를 반환한다. 따라서 둘은 같은 인스턴스고 결과는 당연히 참이다. 따라서 영속성 컨텍스트는 성능상 이점과 엔티티의 동일성을 보장한다.

동일성과 동등성

동일성(identity) : 실제 인스턴스가 같다. 따라서 참조 값을 비교하는 == 비교의 값이 같다.

동등성(equality) : 실제 인스턴스는 다를 수 있지만 인스턴스가 가지고 있는 값이 같다. 자바에서 동등성 비교는 equals() 메소드를 구현해야 한다.

JPA는 1차 캐시를 통해 반복 가능한 읽기(REPEATABLE READ) 등급의 트랜잭션 격리 수준을 데이터베이스가 아닌 애플리케이션 차원에서 제공한다는 장점이 있다.

2. 엔티티 등록

엔티티 매니저를 사용해서 엔티티를 영속성 컨텍스트에 등록해보자. 아래 예제를 보자.

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

엔티티 매니저는 트랜잭션을 커밋하기 직전까지 데이터베이스에 엔티티를 저장하지 않고 내부 쿼리 저장소에 INSERT SQL을 차곡차곡 모아둔다. 그리고 트랜잭션을 커밋할 때 모아둔 쿼리를 데이터베이스에 보내는데 이것을 트랜잭션을 지원하는 쓰기 지연(transactional write-behind)이라 한다.

그림으로 분석해보자.

위의 그림을 보면 먼저 회원 A를 영속화했다. 영속성 컨텍스트는 1차 캐시에 회원 엔티티를 저장하면서 동시에 회원 엔티티 정보로 등록 쿼리를 만든다. 그리고 만들어진 등록 쿼리를 쓰기 지연 SQL 저장소에 보관한다.

위의 그림을 보면 다음으로 회원 B를 영속화했다. 마찬가지로 회원 엔티티 정보로 등록 쿼리를 생성해서 쓰기 지연 SQL 저장소에 보관한다. 현재 쓰기 지연 SQL 저장소에는 등록 쿼리가 2건 저장되었다.

위의 그림을 보면 마지막으로 트랜잭션을 커밋했다.

트랜잭션을 지원하는 쓰기 지연이 가능한 이유

다음 로직을 2가지 경우로 생각해보자.

begin();  // 트랜잭션 시작

save(A);
save(B);
save(C);

commit(); // 트랜잭션 커밋

데이터를 저장하는 즉시 등록 쿼리를 데이터베이스에 보낸다. 예제에서 save() 메소드를 호출할 때마다 즉시 데이터베이스에 등록 쿼리를 보낸다. 그리고 마지막에 트랜잭션을 커밋한다.
데이터를 저장하면 등록 쿼리를 데이터베이스에 보내지 않고 메모리에 모아둔다. 그리고 트랜잭션을 커밋할 때 모아둔 등록 쿼리를 데이터베이스에 보낸 후에 커밋한다.

트랜잭션 범위 안에서 실행되므로 둘의 결과는 같다. A, B, C 모두 트랜잭션을 커밋하면 함게 저장되고 롤백하면 함께 저장되지 않는다. 등록 쿼리를 그때 그때 데이터베이스에 전달해도 트랜잭션을 커밋하지 않으면 아무 소용이 없다. 어떻게든 커밋 직전에만 데이터베이스에 SQL을 전달하면 된다. 이것이 트랜잭션을 지원하는 쓰기 지연이 가능한 이유다.

이 기능을 잘 활용하면 모아둔 등록 쿼리를 데이터베이스에 한 번에 전달해서 성능을 최적화할 수 있다.

3. 엔티티 수정

SQL 수정 쿼리의 문제점

SQL을 사용하면 수정 쿼리를 직접 작성해야 한다. 그런데 프로젝트가 점점 커지고 요구사항이 늘어나면서 수정 쿼리도 점점 추가된다. 다음은 회원의 이름과 나이를 변경하는 SQL이다.

UPDATE MEMBER
SET
    NAME=?,
    AGE=?
WHERE
    id=?

회원의 이름과 나이를 변경하는 기능을 개발했는데 회원의 등급을 변경하는 기능이 추가되면 회원의 등급을 변경하는 다음 수정 쿼리를 추가로 작성한다.

UPDATE MEMBER
SET
    GRADE=?
WHERE
    id=?

보통은 이렇게 2개의 수정 쿼리를 작성한다. 물론 둘을 합쳐서 다음과 같이 하나의 수정 쿼리만 사용해도 된다.

UPDATE MEMBER
SET
    NAME=?
    AGE=?
    GRADE=?
WHERE
    id=?

하지만 합친 쿼리를 사용해서 이름과 나이를 변경하는데 실수로 등급 정보를 입력하지 않거나, 등급을 변경하는데 실수로 이름과 나이를 입력하지 않을 수 있다. 결국 부담스러운 상황을 피하기 위해 수정 쿼리를 상황에 따라 계속해서 추가한다. 이런 개발 방식의 문제점은 수정 쿼리가 많아지는 것은 물론이고 비즈니스 로직을 분석하기 위해 SQL을 계속 확인해야 한다. 결국 직접적이든 간접적인든 비즈니스 로직이 SQL에 의존하게 된다.

변경 감지

그럼 JPA는 엔티티를 어떻게 수정할까? 아래 예제를 보자.

EntityManager em = emf.createEntityManager();
EntityTransaction transaction = em.getTransaction();
transaction.begin();  // [트랜잭션] 시작

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

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

// em.update(member) 이런 코드가 있어야 하지 않을까?

transaction.commit();  // [트랜잭션] 커밋

JPA로 엔티티를 수정할 때는 단순히 엔티티를 조회해서 데이터만 변경하면 된다. 트랜잭션 커밋 직전에 주석으로 처리된 em.update() 메소드를 실행해야 할 것 같지만 이런 메소드는 없다. 엔티티의 데이터만 변경했는데 어떻게 데이터베이스에 반영이 되는 걸까? 이렇게 엔티티의 변경사항을 데이터베이스에 자동으로 반영하는 기능을 변경 감지(dirty checking) 이라 한다. 지금부터 변경 감지 기능을 자세히 알아보자.

JPA는 엔티티를 영속성 컨텍스트에 보관할 때, 최초 상태를 복사해서 저장해두는데 이것을 스냅샷이라 한다. 그리고 플러시 시점에 스냅샷과 엔티티를 비교해서 변경된 엔티티를 찾는다.

위의 그림을 순서대로 분석해보자.

트랜잭션을 커밋하면 엔티티 매니저 내부에서 먼저 플러시(flush())가 호출된다.
엔티티와 스냅샷을 비교해서 변경된 엔티티를 찾는다.
변경된 엔티티가 있으면 수정 쿼리를 생성해서 쓰기 지연 SQL 저장소에 보낸다.
쓰기 지연 저장소의 SQL을 데이터베이스에 보낸다.
데이터베이스 트랜잭션을 커밋한다.

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

이번에는 변경 감지로 인해 실행된 UPDATE SQS을 자세히 알아보자. 방금 본 예제처럼 회원의 이름과 나이만 수정하면 변경된 부분만 사용해서 아래 예제와 같이 동적으로 수정 쿼리가 생성될 것으로 예상할 수 있다.

UPDATE MEMBER
SET
    NAME=?
    AGE=?
WHERE
    id=?

하지만 JPA의 기본 전략은 아래 예제처럼 엔티티의 모든 필드를 업데이트한다.

UPDATE MEMBER
SET
    NAME=?,
    AGE=?,
    GRADE=?,
    ...
WHERE
    id=?

이렇게 모든 필드를 사용하면 데이터베이스에 보내는 데이터 전송량이 증가하는 단점이 있지만, 다음과 같은 장점으로 인해 모든 필드를 업데이트 한다.

모든 필드를 사용하면 수정 쿼리가 항상 같다(물론 바인딩되는 데이터는 다르다.) 따라서 애플리케이션 로딩 시점에 수정 쿼리를 미리 생성해두고 재사용할 수 있다.
데이터베이스에 동일한 쿼리를 보내면 데이터베이스는 이전에 한 번 파싱된 쿼리를 재사용할 수 있다.

필드가 많거나 저장되는 내용이 너무 크면 수정된 데이터만 사용해서 동적으로 UPDATE SQL을 생성하는 전략을 선택하면 된다. 단 이때는 하이버네이트 확장 기능을 사용해야 한다.

@Entity
@org.hibernate.annotations.DynamicUpdate
@Table(name = "Member")
public class Member {...}

이렇게 org.hibernate.annotations.DynamicUpdate 어노테이션을 사용하면 수정된 데이터만 사용해서 동적으로 UPDATE SQL을 생성한다. 참고로 데이터를 저장할 때 데이터가 존재하는(null이 아닌) 필드만으로 INSERT SQL을 동적으로 생성하는 @DynamicInsert도 있다.

상황에 따라 다르지만 컬럼이 대략 30개 이상이 되면 기본 방법인 정적 수정 쿼리보다 @DynamicUpdate를 사용한 동적 수정 쿼리가 빠르다고 한다. 가장 정확한 것은 본인의 환경에서 직접 테스트해보는 것이다. 추천하는 방법은 기본 전략을 사용하고, 최적화가 필요할 정도로 느끼면 그때 전략을 수정하면 된다. 참고로 한 테이블에 컬럼이 30개 이상 된다는 것은 테이블 설계상 책임이 적절히 분리되지 않았을 가능성이 높다.

4. 엔티티 삭제

엔티티를 삭제하려면 먼저 삭제 대상 엔티티를 조회해야 한다.

Member memberA = em.find(Member.class, "memberA");  // 삭제 대상 엔티티 조회
em.remove(memberA);

em.remove()에 삭제 대상 엔티티를 넘겨주면 엔티티를 삭제한다. 물론 엔티티를 즉시 삭제하는 것이 아니라 엔티티 등록과 비슷하게 삭제 쿼리를 쓰기 지연 SQL 저장소에 등록한다. 이후 트랜잭션을 커밋해서 플러시를 호출하면 실제 데이터베이스에 삭제 쿼리를 전달한다. 참고로 em.remove(memberA)를 호출하는 순간 memberA는 영속성 컨텍스트에서 제거된다. 이렇게 삭제된 엔티티는 재사용하지 말고 자연스럽게 가비지 컬렉션의 대상이 되도록 두는 것이 좋다.

참고

자바 ORM 표준 JPA 프로그래밍

Author And Source

이 문제에 관하여(5. 영속성 관리(1)), 우리는 이곳에서 더 많은 자료를 발견하고 링크를 클릭하여 보았다 https://velog.io/@jsj3282/5.-영속성-관리1

우수한 개발자 콘텐츠 발견에 전념 (Collection and Share based on the CC Protocol.)

5. 영속성 관리(1)