데이터베이스 트랜잭션 격리수준 완벽 이해하기: 동시성 제어의 핵심

데이터베이스 트랜잭션 격리수준: 동시성 제어의 핵심

안녕하세요! IT 기술 블로거 채린입니다. 데이터베이스를 다루다 보면 여러 작업이 동시에 일어나는 ‘동시성(Concurrency)’ 문제를 마주하게 됩니다. 이때 데이터의 일관성과 무결성을 지키는 것은 매우 중요한데요, 그 핵심에는 바로 트랜잭션 격리수준(Isolation Level)이 있습니다. 오늘은 트랜잭션 격리수준이 무엇인지, 그리고 네 가지 표준 격리수준을 통해 어떻게 동시성 문제를 해결하는지 자세히 알아보겠습니다.

1. 왜 격리수준이 필요할까요? - 동시성 문제와 트랜잭션

데이터베이스에서 트랜잭션은 ACID(원자성, 일관성, 독립성, 지속성) 특성을 보장하는 논리적인 작업 단위입니다. 특히 ‘독립성(Isolation)’은 여러 트랜잭션이 동시에 실행될 때, 서로에게 영향을 주지 않고 마치 순차적으로 실행되는 것처럼 보이게 하는 특성을 의미합니다.

하지만 모든 트랜잭션이 완벽히 독립적으로 동작하도록 하면 데이터베이스의 성능이 크게 저하될 수 있습니다. 이 때문에 SQL 표준에서는 트랜잭션이 동시에 실행될 때 발생할 수 있는 데이터 불일치 문제를 방지하기 위해 네 가지 격리수준을 정의하고, 개발자가 성능과 일관성 사이의 균형을 선택할 수 있도록 했습니다.

가장 흔하게 발생하는 동시성 문제 세 가지를 먼저 살펴보겠습니다.

• Dirty Read (더티 읽기): 다른 트랜잭션이 아직 커밋하지 않은 데이터를 읽는 현상입니다. 만약 해당 트랜잭션이 롤백되면, 읽었던 데이터는 유효하지 않게 됩니다.
• Non-Repeatable Read (반복 불가능 읽기): 한 트랜잭션 내에서 같은 데이터를 두 번 조회했을 때, 그 사이에 다른 트랜잭션이 데이터를 수정하고 커밋하여 두 번의 조회 결과가 다르게 나타나는 현상입니다.
• Phantom Read (유령 읽기): 한 트랜잭션 내에서 특정 조건으로 데이터를 조회했을 때, 그 사이에 다른 트랜잭션이 그 조건에 맞는 새로운 데이터를 삽입하고 커밋하여 다시 조회했을 때 이전에 없던 ‘유령’ 같은 레코드가 나타나는 현상입니다.

2. 네 가지 표준 트랜잭션 격리수준

SQL 표준에서 정의하는 트랜잭션 격리수준은 다음과 같이 네 가지입니다. 아래로 갈수록 격리 강도가 높아지며, 동시성 문제는 줄어들지만 성능 오버헤드는 증가합니다.

2.1. READ UNCOMMITTED (커밋되지 않은 읽기)

가장 낮은 격리 수준입니다. 다른 트랜잭션이 아직 커밋하지 않은 데이터를 읽을 수 있습니다.

• 특징:
  • Dirty Read 발생 가능.
  • Non-Repeatable Read 발생 가능.
  • Phantom Read 발생 가능.
  • 성능은 가장 좋지만, 데이터 일관성이 매우 떨어집니다.
• 사용 예시: 아주 중요하지 않은 데이터를 빠르게 조회해야 할 때, 데이터 일관성이 크게 요구되지 않는 분석성 쿼리 등에 제한적으로 사용됩니다.

2.2. READ COMMITTED (커밋된 읽기)

대부분의 데이터베이스에서 기본 격리 수준으로 사용됩니다 (예: PostgreSQL, Oracle). 다른 트랜잭션이 커밋한 데이터만 읽을 수 있습니다.

• 특징:
  • Dirty Read 방지.
  • Non-Repeatable Read 발생 가능.
  • Phantom Read 발생 가능.
  • Dirty Read를 방지하므로 실용적인 수준의 일관성을 제공하며, 성능도 적절합니다.
• 사용 예시: 온라인 쇼핑몰에서 상품 목록을 조회하거나, 일반적인 게시판 글을 읽는 등, 대부분의 웹 애플리케이션에서 무리 없이 사용할 수 있습니다.

예시 시나리오 (Non-Repeatable Read):

-- 트랜잭션 1: READ COMMITTED
SET TRANSACTION ISOLATION LEVEL READ COMMITTED;
BEGIN;
SELECT balance FROM accounts WHERE id = 1; -- 결과: 1000

-- (이때 트랜잭션 2가 id=1의 balance를 1000 -> 900으로 업데이트 후 COMMIT)

SELECT balance FROM accounts WHERE id = 1; -- 결과: 900 (값이 달라짐!)
COMMIT;

2.3. REPEATABLE READ (반복 가능한 읽기)

MySQL의 InnoDB 스토리지 엔진에서 기본 격리 수준입니다. 한 트랜잭션 내에서 한 번 읽은 데이터는 트랜잭션이 종료될 때까지 동일하게 보장합니다.

• 특징:
  • Dirty Read 방지.
  • Non-Repeatable Read 방지.
  • Phantom Read 발생 가능 (SQL 표준상).
    • 참고: MySQL의 InnoDB는 MVCC(Multi-Version Concurrency Control)와 넥스트 키 락(Next-Key Lock)을 통해 Phantom Read까지 방지합니다.
  • 높은 수준의 일관성을 제공하지만, 동시성이 다소 저하될 수 있습니다.
• 사용 예시: 장시간에 걸쳐 동일한 데이터를 여러 번 조회하며 일관성이 중요할 때 (예: 복잡한 보고서 생성, 재고 관리 시스템 등).

예시 시나리오 (Phantom Read - 표준상):

-- 트랜잭션 1: REPEATABLE READ (표준)
SET TRANSACTION ISOLATION LEVEL REPEATABLE READ;
BEGIN;
SELECT COUNT(*) FROM products WHERE category = 'book'; -- 결과: 5개

-- (이때 트랜잭션 2가 category='book'인 새로운 상품을 INSERT 후 COMMIT)

SELECT COUNT(*) FROM products WHERE category = 'book'; -- 결과: 6개 (유령 레코드 발생!)
COMMIT;

2.4. SERIALIZABLE (직렬화 가능)

가장 엄격한 격리 수준입니다. 모든 동시성 문제를 해결하며, 마치 트랜잭션들이 순차적으로 실행되는 것과 같은 완벽한 일관성을 보장합니다.

• 특징:
  • Dirty Read 방지.
  • Non-Repeatable Read 방지.
  • Phantom Read 방지.
  • 최고의 데이터 일관성을 제공하지만, 동시성이 크게 떨어져 성능 저하가 가장 큽니다.
  • 데이터베이스는 락(Lock)을 광범위하게 사용하여 동시 접근을 제한합니다.
• 사용 예시: 금융 시스템처럼 데이터의 정합성이 최우선이며, 동시성으로 인한 어떠한 오류도 허용되지 않는 매우 중요한 시스템.

3. 격리수준별 동시성 문제 해결 요약

* MySQL InnoDB의 경우, REPEATABLE READ에서 넥스트 키 락을 사용하여 Phantom Read도 방지합니다.

4. 결론: 적절한 격리수준 선택의 중요성

트랜잭션 격리수준은 데이터의 일관성과 시스템 성능 사이에서 중요한 균형점 역할을 합니다. 무조건 높은 격리수준을 선택하면 완벽한 일관성을 얻을 수 있지만, 심각한 성능 저하와 데드락(Deadlock)의 위험을 감수해야 합니다. 반대로 너무 낮은 격리수준은 성능은 좋지만, 예측할 수 없는 데이터 불일치 문제를 야기할 수 있습니다.

따라서 여러분의 애플리케이션 요구사항, 데이터의 중요도, 그리고 예상되는 동시성 트래픽 등을 면밀히 분석하여 가장 적절한 격리수준을 선택하는 것이 중요합니다. 대부분의 경우 READ COMMITTED나 REPEATABLE READ가 좋은 절충안이 될 수 있습니다.

트랜잭션 격리수준에 대한 이해는 안정적이고 고성능의 데이터베이스 시스템을 구축하는 데 필수적인 지식입니다. 오늘 내용을 바탕으로 여러분의 서비스에 맞는 최적의 설정을 찾아보시길 바랍니다!

Text by Chaelin & Gemini. Photographs by Chaelin, Unsplash.