데이터베이스 시스템에서 동시성을 제어하는 방법?
대표적인 동시성 제어 방식으로 MVCC(Multi-Version Concurrency Control) 와 Lock-Based Concurrency Control이 있습니다.
1. MVCC(Multi-Version Concurrency Control/ 잠금 없는 읽기)
MVCC는 데이터의 여러 버전을 유지하여 트랜잭션이 동시에 데이터를 읽고 쓸 수 있도록 하는 방식입니다. 각 트랜잭션은 자신만의 일관된 스냅샷(MySQL::언두 로그)을 기반으로 데이터를 읽어, 다른 트랜잭션의 변경 사항에 영향을 받지 않습니다.
데이터의 각 버전을 유지하여 읽기 작업이 쓰기 작업과 독립적으로 이루어질 수 있습니다. 트랜잭션은 시작 시점의 스냅샷을 기반으로 데이터를 읽어, 다른 트랜잭션의 변경 사항을 보지 못합니다.
또한 읽기 작업 시 잠금을 사용하지 않아 높은 동시성을 제공합니다. 읽기 작업이 잠금에 의해 지연되지 않아, 읽기 중심의 애플리케이션에서 우수한 성능을 보입니다. 읽기 작업 시 잠금을 사용하지 않으므로, 쓰기 작업과의 충돌이 줄어듭니다. 하지만 여러 버전의 데이터를 유지해야 하므로 저장 공간이 더 많이 필요할 수 있습니다.
트랜잭션이 시작된 시점의 데이터 상태를 기반으로 읽기 작업을 수행하여 일관성을 유지합니다. 또 갭락과 넥스트키 락을 통해 팬텀 리드를 방지합니다.
2. Lock-Based Concurrency Control
Lock-Based 방식은 데이터에 접근할 때 잠금(Lock) 을 사용하여 동시성을 제어합니다. 트랜잭션이 데이터를 읽거나 수정할 때 해당 데이터에 잠금을 걸어 다른 트랜잭션의 접근을 제한합니다. 즉, 잠금을 통해 데이터의 일관성과 무결성을 직접적으로 제어합니다.
데이터에 접근할 때 잠금을 걸어 다른 트랜잭션의 접근을 제한합니다. 읽기 작업은 공유 잠금을, 쓰기 작업은 배타 잠금을 사용하여 동시성을 제어합니다. 많은 다수의 트랜잭션이 동일한 데이터에 접근할 경우 성능 저하가 발생할 수 있습니다. 또 잘못된 잠금 순서나 설계로 인해 교착 상태(Deadlock)가 발생할 위험이 있습니다.
3. MVCC vs Lock-Based: 실제 시스템에서의 선택
실제 데이터베이스 시스템, 특히 MySQL의 InnoDB는 MVCC와 Lock-Based 방식의 장점을 결합하여 동시성 제어를 최적화합니다.
읽기 트랜잭션은 MVCC를 사용하여 일관된 스냅샷을 기반으로 데이터를 읽으므로, 잠금을 최소화하고 높은 동시성을 유지할 수 있습니다.
쓰기 트랜잭션은 잠금을 사용하여 데이터의 일관성과 무결성을 유지하면서, 동시에 데이터 충돌을 방지합니다.
4. MVCC와 트랜잭션 격리수준의 관계는?
MVCC는 동시성을 관리하기 위한 구현 기술이고, 트랜잭션 격리 수준은 동시성과 무결성에 대한 정책입니다. 이 둘은 종종 관련이 있지만, 혼동해서는 안 됩니다.
- MVCC는 주로 Read Committed와 Repeatable Read 격리 수준을 구현하는 데 사용됩니다.
- Serializable과 같은 높은 격리 수준에서는 잠금 기반 방식이 주로 사용됩니다.
| 격리수준 | MVCC의 기여 |
|---|---|
| READ UNCOMMITTED | MVCC 미사용. 데이터 버전 관리 없이 실시간 데이터를 읽음. |
| READ COMMITTED | MVCC를 사용하여 가장 최근의 커밋된 버전을 읽음 |
| REPEATABLE READ | MVCC를 사용하여 트랜잭션 시작 시점의 스냅샷 데이터를 기준으로 읽기 작업을 수행함. |
| SERIALIZABLE | 읽기 작업에서는 MVCC을 사용. |
| SELECT ... FOR UPDATE 또는 INSERT/UPDATE/DELETE 작업에서 레코드 잠금이나 범위 잠금을 통해 팬텀 리드 방지 |