오늘날 대부분의 애플리케이션은 데이터베이스를 사용하며, 여러 사용자가 동시에 데이터를 읽고 쓰는 동시성 환경에서 작동합니다. 이러한 환경에서 데이터의 무결성과 일관성을 유지하는 것은 매우 중요합니다. 데이터베이스 트랜잭션은 바로 이러한 목적을 위해 사용되는 논리적인 작업 단위입니다. 트랜잭션은 ACID(원자성, 일관성, 고립성, 지속성) 속성을 보장하지만, 이 중 ‘고립성(Isolation)’은 동시성 환경에서 특히 중요합니다.
고립성 수준을 어떻게 설정하느냐에 따라 애플리케이션의 데이터 정확도와 성능에 지대한 영향을 미칩니다. 잘못된 격리 수준은 예측 불가능한 버그를 유발하거나, 반대로 과도한 격리 수준은 시스템 성능을 저하시킬 수 있습니다. 이번 포스트에서는 SQL 표준에 정의된 트랜잭션 격리 수준들을 깊이 있게 탐구하고, 각 수준에서 발생할 수 있는 문제 현상과 그에 따른 선택 가이드를 제시합니다.
본문: 격리 수준별 문제 현상과 SQL 표준
데이터베이스 시스템은 동시성을 허용하면서도 데이터의 일관성을 유지하기 위해 다양한 격리 수준을 제공합니다. 격리 수준은 트랜잭션이 동시에 실행될 때, 서로의 작업에 얼마나 영향을 미치지 않도록 할 것인가를 정의합니다. 격리 수준이 낮을수록 동시성은 높아지지만, 데이터 일관성 문제가 발생할 가능성이 커집니다. 반대로 격리 수준이 높을수록 데이터 일관성은 보장되지만, 동시성은 떨어져 성능에 영향을 줄 수 있습니다.
먼저, 동시성 환경에서 발생할 수 있는 대표적인 세 가지 문제 현상을 살펴보겠습니다.
1. 동시성 제어에서 발생하는 주요 문제 현상
Dirty Read (더티 읽기): 한 트랜잭션이 아직 커밋되지 않은 다른 트랜잭션의 변경 사항을 읽는 현상입니다. 만약 변경 사항이 롤백된다면, 첫 번째 트랜잭션은 존재하지 않는 데이터를 읽은 셈이 됩니다.
Non-Repeatable Read (반복 불가능한 읽기): 한 트랜잭션 내에서 같은 쿼리를 두 번 실행했을 때, 다른 트랜잭션이 데이터를 수정하고 커밋하여 두 번째 쿼리의 결과가 달라지는 현상입니다. 읽는 값은 커밋된 값이지만, 반복해서 읽을 때마다 값이 달라질 수 있습니다.
Phantom Read (유령 읽기): 한 트랜잭션 내에서 특정 조건으로 데이터를 조회했을 때, 다른 트랜잭션이 해당 조건에 맞는 새로운 행을 삽입(또는 삭제)하고 커밋하여, 첫 번째 트랜잭션이 같은 쿼리를 다시 실행했을 때 이전에 없던 행(또는 있던 행의 부재)이 나타나는 현상입니다. 이는 SELECT COUNT(*)와 같은 집계 함수에서도 나타날 수 있습니다.
이제 SQL 표준에서 정의하는 네 가지 격리 수준을 낮은 수준부터 높은 수준 순으로 자세히 알아보겠습니다.
2. SQL 표준 격리 수준 심층 분석
각 격리 수준은 위의 문제 현상 중 어떤 것을 허용하고 어떤 것을 방지하는지에 따라 나뉩니다.
(1) READ UNCOMMITTED (커밋되지 않은 읽기)
설명: 가장 낮은 격리 수준으로, 한 트랜잭션이 다른 트랜잭션이 커밋하지 않은 데이터를 읽는 것을 허용합니다. 즉, Dirty Read가 가능합니다.
허용 문제 현상: Dirty Read, Non-Repeatable Read, Phantom Read 모두 발생 가능.
장점: 동시성이 가장 높고 잠금이 거의 발생하지 않아 성능이 좋지만, 데이터 무결성이 심각하게 훼손될 수 있습니다.
사용 사례: 극도로 높은 성능이 필요하고, 데이터의 정확성보다 빠른 처리가 우선시되는 특수한 분석 쿼리 등 제한적인 상황에서 사용됩니다.
SETTRANSACTIONISOLATIONLEVELREADUNCOMMITTED;-- 트랜잭션 시작 및 쿼리 실행
(2) READ COMMITTED (커밋된 읽기)
설명: 커밋된 데이터만 읽는 것을 허용합니다. Dirty Read를 방지하지만, Non-Repeatable Read와 Phantom Read는 발생할 수 있습니다. 대부분의 데이터베이스 시스템(PostgreSQL, Oracle 등)의 기본 격리 수준입니다.
허용 문제 현상: Non-Repeatable Read, Phantom Read 발생 가능. Dirty Read 방지.
장점: Dirty Read를 방지하면서도 비교적 높은 동시성을 유지할 수 있습니다.
사용 사례: 웹 애플리케이션 등에서 가장 널리 사용되는 격리 수준으로, 데이터의 일반적인 일관성을 요구하는 환경에 적합합니다.
SETTRANSACTIONISOLATIONLEVELREADCOMMITTED;-- 트랜잭션 시작 및 쿼리 실행
(3) REPEATABLE READ (반복 가능한 읽기)
설명: 트랜잭션 내에서 한 번 읽은 데이터는 트랜잭션이 종료될 때까지 항상 동일한 값을 반환하도록 보장합니다. Non-Repeatable Read를 방지합니다. MySQL의 기본 격리 수준입니다. 내부적으로 MVCC(Multi-Version Concurrency Control)를 주로 사용하여 구현됩니다.
허용 문제 현상: Phantom Read 발생 가능. Dirty Read, Non-Repeatable Read 방지.
장점: 한 트랜잭션 내에서 데이터를 여러 번 조회해도 항상 동일한 결과를 보장하여 보고서 생성 등에 유용합니다.
사용 사례: 복잡한 비즈니스 로직이나 보고서 생성 등, 트랜잭션 동안 특정 데이터셋의 일관된 조회가 필요한 경우에 적합합니다.
SETTRANSACTIONISOLATIONLEVELREPEATABLEREAD;-- 트랜잭션 시작 및 쿼리 실행
(4) SERIALIZABLE (직렬화 가능)
설명: 가장 높은 격리 수준으로, 트랜잭션들을 완전히 독립적으로, 마치 순차적으로 실행되는 것처럼 보이게 합니다. 모든 동시성 문제를 방지합니다.
허용 문제 현상: 모든 동시성 문제(Dirty Read, Non-Repeatable Read, Phantom Read) 방지.
장점: 데이터의 일관성과 무결성을 완벽하게 보장합니다.
단점: 동시성이 현저히 떨어지고, 교착 상태(Deadlock) 발생 가능성이 높아져 성능 저하로 이어질 수 있습니다.
사용 사례: 금융 거래와 같이 데이터의 절대적인 정확성이 요구되고, 동시성 희생을 감수할 수 있는 매우 중요한 작업에 사용됩니다.
SETTRANSACTIONISOLATIONLEVELSERIALIZABLE;-- 트랜잭션 시작 및 쿼리 실행
3. 올바른 격리 수준 선택 가이드
각 격리 수준은 데이터 일관성과 시스템 성능 사이의 트레이드오프 관계를 가집니다.
데이터베이스 기본값 이해: PostgreSQL과 Oracle은 READ COMMITTED를 기본값으로 사용하며, MySQL은 REPEATABLE READ를 기본값으로 사용합니다. 사용하는 데이터베이스의 기본값을 이해하고 필요에 따라 조정하는 것이 중요합니다.
애플리케이션 요구사항 분석: 애플리케이션이 요구하는 데이터 일관성 수준을 명확히 파악해야 합니다.
읽기 작업 위주: READ COMMITTED나 REPEATABLE READ가 좋은 균형점을 제공할 수 있습니다.
복잡한 분석 및 보고: REPEATABLE READ 이상을 고려할 수 있습니다.
정확한 데이터 무결성 필수 (금융 등): SERIALIZABLE을 고려하되, 성능 저하 가능성을 충분히 테스트해야 합니다.
성능 테스트: 격리 수준 변경은 시스템 전반의 성능에 영향을 미치므로, 실제 운영 환경과 유사한 조건에서 충분한 테스트를 거쳐야 합니다.
결론: 현명한 격리 수준 선택으로 안정적인 시스템 구축
트랜잭션 격리 수준을 이해하는 것은 데이터베이스 기반 애플리케이션을 개발하고 운영하는 데 있어 필수적인 지식입니다. 각 격리 수준이 어떤 동시성 문제를 해결하고 어떤 한계를 가지는지 명확히 파악함으로써, 우리는 데이터의 일관성을 유지하면서도 최적의 성능을 달성할 수 있습니다.
무조건 높은 격리 수준을 선택하는 것이 정답이 아니며, 애플리케이션의 특성과 비즈니스 요구사항에 따라 가장 적절한 수준을 신중하게 선택해야 합니다. 이 포스트를 통해 트랜잭션 격리 수준에 대한 이해를 높이고, 보다 견고하고 효율적인 시스템을 구축하는 데 도움이 되기를 바랍니다.
Text by Chaelin & Gemini. Photographs by Chaelin, Unsplash.