[데이터베이스] DBMS 를 활용한 동시성제어 - DBMS 락

1. DBMS 락(Lock) 이란?

"트랜잭션 간의 데이터 접근을 제어해 데이터 무결성과 일관성을 보장하는 동시성 제어 메커니즘"

 

- 핵심 역할

• 여러 트랜잭션 간의 충돌 방지.
• 트랜잭션 간에 발생할 수 있는 Dirty Read, Non-Repeatable Read, Phantom Read와 같은 문제 방지.
• Deadlock(교착 상태) 관리: DBMS는 교착 상태 발생 시 특정 트랜잭션을 강제로 롤백하여 문제를 해결.
  
  

- ACID

DBMS 락의 기본 목적은 동시성 제어뿐 아니라 ACID 속성을 보장하기 위해 사용된다.

• Atomicity (원자성): 트랜잭션이 완전히 수행되거나 전혀 수행되지 않아야 함.
• Consistency (일관성): 트랜잭션이 성공적으로 완료되면 데이터가 일관된 상태를 유지해야 함.
• Isolation (격리성): 각 트랜잭션은 독립적으로 실행되어야 하며, 다른 트랜잭션이 영향을 미치지 않아야 함.
• Durability (지속성): 트랜잭션이 커밋되면 그 결과는 영구적으로 저장되어야 함.
  
  

- 락이 보장하는 ACID

• Consistency (일관성):
  • 락은 충돌을 방지하고 데이터 무결성을 유지하기 위해 필요하다.
  • Ex) 동시에 동일 데이터를 수정하려는 두 트랜잭션 중 하나는 기다리도록 함.
• Isolation (격리성):
  • 락은 트랜잭션 간에 영향을 최소화하여 데이터의 격리성을 유지한다.
  • 격리 수준(READ COMMITTED, REPEATABLE READ 등)에 따라 락의 동작 방식이 결정됨.
  • Ex) 배타적 락(EXCLUSIVE LOCK)을 사용하면 한 트랜잭션이 데이터를 수정하는 동안 다른 트랜잭션은 접근할 수 없음.

 

결국 다중 트랜잭션일 때 동시성 제어를 하지 않으면 ACID가 깨지는 문제가 발생할 수 있다.

 

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2. 락의 종류

락(Lock)은 잠금범위에 따른 분류와 잠금 모드에 따른 분류 가 존재하는데
잠금범위에 따른 분류는 종류만 설명하고, 잠금모드에 따른 분류를 정리할 계획이다.

 

- 잠금범위에 따른 분류

• Row-Level Lock (행 수준 락)
  • 특정 행(Row)에만 락을 설정
  • 다른 트랜잭션은 해당 행에 대해 읽기/쓰기 접근이 제한 됨.

Row-Level Lock 예시

• Table-Level Lock (테이블 수준 락)
  • 전체 테이블에 락을 설정
  • 특정 트랜잭션이 테이블 전체를 사용 중인 동안 다른 트랜잭션은 접근할 수 없음

• Page-Level Lock (페이지 수준 락)

 

- 잠금모드에 따른 분류

1. Shared Lock (공유 락)

• 데이터를 읽기 전용으로 잠그는 락(Lock)으로, 다른 트랜잭션이 읽기 작업은 허용하지만, 쓰기 작업(수정/삭제)은 제한한다.
  즉, 다른 트랜잭션이 데이터를 수정하지 못하게 하여 읽는 동안 데이터의 일관성을 유지와
  읽기 작업 중에 다른 트랜잭션이 데이터를 수정해 발생할 수 있는 충돌을 방지 하는 역할을 한다.
  
  
• 특징:
  • 여러 트랜잭션이 동시에 데이터를 읽을 수 있다.
  • 읽기 작업을 허용하지만, 쓰기 작업은 공유 락이 해제될 때까지 대기.
  • 트랜잭션이 커밋되거나 롤백될 때 락이 해제된다.
• 주의 사항
  • 동시성 vs 락 비용:
    • 공유 락은 동시성을 높이지만, 과도한 락 사용은 락 관리 비용이 높아짐
  • Deadlock 위험: 
    • 공유 락과 다른 유형의 락(예: 배타 락)을 혼합 사용하면 교착 상태(Deadlock)가 발생할 수 있음

공유 락 예시

-- 트랜잭션 A 공유락 획득
START TRANSACTION;
SELECT * FROM member WHERE mem_id = 1 LOCK IN SHARE MODE; -- 공유 락 설정

-- 트랜잭션 B 공유락 획득
START TRANSACTION;
SELECT * FROM member WHERE mem_id = 1 LOCK IN SHARE MODE; -- 공유 락 설정

-- 트랜잭션 C UPDATE 작업 수행
START TRANSACTION;
UPDATE member SET mem_nm = '홍길동777' WHERE mem_id = 1; -- 대기 (공유 락 해제 후 실행 가능)

실제 순서대로 실행해 테스트를 해보니 A, B 트랜잭션이 종료될 때까지 C 트랜잭션은 대기하고 있다가 종료 후 업데이트가 실행된다.

여기서 트랜잭션이 락을 획득하기 위해 "대기" 하는 현상을 "블로킹(Blocking)" 이라고 한다.

 

 

2. Exclusive Lock (배타 락)

• 배타 락은 특정 데이터에 대해 읽기(Read)와 쓰기(Write) 모두를 제한하는 강력한 락
  데이터를 수정하려는 트랜잭션이 다른 트랜잭션으로부터 데이터를 독점적으로 사용할 수 있도록 보호한다.
  즉, 배타 락은 데이터 수정 중 트랜잭션 간 충돌을 방지하며, 데이터 무결성과 일관성을 유지하는 데 중요한 역할을 합니다.
  
  
• 특징
  • 배타 락이 설정된 데이터는 하나의 트랜잭션만 접근 가능 (타 트랜잭션 읽기와 쓰기 모두 불가능)
  • 트랜잭션이 완료되기 전까지 데이터는 변경되지 않음 (데이터 무결성 보장)
  • 트랜잭션이 종료될 때까지 유지

    - 주의사항

• Deadlock(교착 상태) 위험:
  • 두 트랜잭션이 서로 배타 락을 기다리면서 무한 대기에 빠질 수 있음.
  • Ex) 트랜잭션 A는 데이터 X에 락을 걸고, 트랜잭션 B는 데이터 Y에 락을 건 상태에서 서로 상대의 락을 기다릴 경우.

아래 예시는 데드락의 대표 사례로

트랜잭션 A : 데이터 X에 배타 락을 설정하고 작업을 진행 중 데이터 Y에도 접근하려고 시도하지만, 트랜잭션 B가 데이터 Y에 락을 걸어둔 상태여서 대기.
트랜잭션 B : 데이터 Y에 배타 락을 설정하고 작업을 진행 중 데이터 X에도 접근하려고 시도하지만, 트랜잭션 A가 데이터 X에 락을 걸어둔 상태여서 대기.
-> 트랜잭션 A는 B의 락 해제를 기다리고, 트랜잭션 B는 A의 락 해제를 기다리며 서로 무한 대기 상태에 빠짐

그러나 MySql의 스토리지 엔진인 InnoDB는 트랜잭션 대기 그래프(Wait-for Graph)를 생성하고,
사이클이 발견되면 교착 상태로 판단한다.
교착 상태를 감지하면 자동으로 트랜잭션 중 하나를 강제로 롤백 하여 문제를 해결한다.
이때 일반적으로 트랜잭션 비용이 낮은 쪽을 선택하게 되고 락 대기 시간이 지나게 되면 롤백 한다. 
( 락 대기 시간 Default : 50초 ) 
SET innodb_lock_wait_timeout = 10; -- 대기 시간 10초로 설정

• 성능 저하: 
  • 배타 락은 다른 트랜잭션의 접근을 완전히 차단하기 때문에, 과도한 락 사용 시 동시성 성능이 저하될 수 있음.

•  사용 범위 최소화:
  • 필요한 최소한의 데이터에만 배타 락을 설정해야 한다.
  • 예) 테이블 전체가 아니라 특정 행에만 배타 락 설정.

베타 락 예시

 

위에서 Row Level Lock에서 첨부한 예시 처럼 베타락을 로우 레벨로 락을 걸고자 할 경우

SELECT FOR UPDATE 를 사용하면

해당 행에 Lock을 걸 수 있다.

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정리 - 공유락과 베타락

구분	공유 락 (Shared Lock)	배타 락 (Exclusive Lock)
기능	데이터를 읽기 전용으로 잠금	데이터를 읽기 및 쓰기 모두 차단
동시 접근	여러 트랜잭션이 동시에 접근 가능	하나의 트랜잭션만 접근 가능
쓰기 가능 여부	불가능	가능
사용 목적	안전한 데이터 읽기	안전한 데이터 수정
예제 쿼리	LOCK IN SHARE MODE	FOR UPDATE

 

정리 - 데드락과 블로킹

구분	블로킹 (Blocking)	데드락 (Deadlock)
발생 원인	다른 트랜잭션이 락을 소유한 상태에서 동일 데이터 접근	두 트랜잭션이 서로 상대의 락을 기다림
해결 방식	소유 트랜잭션이 작업을 완료하고 락 해제	DBMS가 트랜잭션 중 하나를 강제로 롤백
자연 해소 여부	락 해제 시 자연 해소	자연 해소되지 않음
대기 상태	일시적 대기	무한 대기
예방 방법	락 최소화, 적절한 트랜잭션 순서 설정	트랜잭션 순서 통일, 락 타임아웃 설정

 

InnoDB 상태정보 출력

SHOW ENGINE INNODB STATUS; -- Deadlock 탐지, 락 대기, 트랜잭션 상태 등의 정보를 텍스트 형식으로 조회 가능​