안녕하세요, 여러분! 데이터베이스의 세계는 언제나 흥미로운 기술로 가득하죠. 오늘은 수많은 애플리케이션의 핵심인 데이터베이스가 어떻게 동시에 발생하는 수많은 요청을 효율적으로 처리하는지, 그 비밀 중 하나인 MVCC(Multi-Version Concurrency Control) 원리에 대해 깊이 파고들어 보려 합니다.
우리가 사용하는 대부분의 웹 서비스나 애플리케이션은 동시에 여러 사용자가 데이터에 접근하고 변경하는 상황에 직면합니다. 이때, 데이터의 정합성을 유지하면서도 처리 성능을 저하시키지 않는 것은 매우 중요한 과제입니다. MVCC는 이러한 동시성(concurrency) 문제를 해결하기 위한 강력한 메커니즘으로, PostgreSQL, Oracle, MySQL(InnoDB 스토리지 엔진) 등 많은 현대적 데이터베이스 시스템에서 핵심적으로 사용되고 있습니다.
MVCC는 ‘다중 버전 동시성 제어’를 의미합니다. 이름에서 알 수 있듯이, 데이터의 여러 버전을 유지하여 동시성 문제를 해결하는 방식입니다. 전통적인 동시성 제어 방식인 잠금(Locking)은 데이터에 접근하는 트랜잭션 간의 충돌을 방지하기 위해 데이터를 잠그는 방식을 사용합니다. 이는 데이터의 일관성을 보장하지만, 동시에 많은 읽기 요청이 발생하거나 쓰기 요청이 빈번할 경우 심각한 성능 저하를 초래할 수 있습니다. 특히 읽기 작업이 쓰기 작업을 막거나, 쓰기 작업이 다른 모든 작업을 막는 ‘블로킹(Blocking)’ 현상은 사용자 경험을 저해하는 주요 원인이 됩니다.
MVCC는 이러한 잠금 기반 방식의 단점을 극복하고, 읽기 작업과 쓰기 작업을 서로 방해하지 않도록 설계되었습니다.
MVCC의 핵심은 데이터를 업데이트할 때 기존 데이터를 직접 수정하는 대신, 새로운 버전의 데이터를 생성하는 것입니다. 그리고 각 트랜잭션은 자신이 시작된 시점의 데이터 스냅샷(snapshot)을 기반으로 작업을 수행합니다.
이 과정은 다음과 같은 요소들로 이루어집니다:
tx_start_id, tx_end_id 등의 메타데이터를 활용하여 특정 트랜잭션이 어떤 버전을 볼 수 있는지 결정하는 가시성 규칙(Visibility Rule)을 적용합니다. 예를 들어, 어떤 트랜잭션은 자신보다 작은 tx_start_id를 가진 버전 중 tx_end_id가 아직 없는(또는 자신보다 큰) 버전을 읽게 됩니다.VACUUM, MySQL InnoDB의 퍼지(Purge) 스레드)하여 저장 공간을 확보하고 성능 저하를 방지합니다.간단한 시나리오를 통해 MVCC의 동작 방식을 이해해 봅시다.
accounts 테이블에 balance 컬럼이 있다고 가정합니다.
CREATE TABLE accounts (
id INT PRIMARY KEY,
balance INT
);
INSERT INTO accounts (id, balance) VALUES (1, 100);
시작 상태: | id | balance | tx_start_id | tx_end_id | (숨겨진)포인터 | |—-|———|————-|———–|—————| | 1 | 100 | 0 | NULL | |
여기서 tx_start_id = 0은 초기 데이터임을 나타내고, tx_end_id = NULL은 현재 유효한 버전임을 의미합니다.
시나리오:
SELECT balance FROM accounts WHERE id = 1;
id=1의 balance가 100인 버전을 봅니다. (tx_start_id <= 100, tx_end_id IS NULL or tx_end_id > 100)UPDATE accounts SET balance = 120 WHERE id = 1;
id=1의 기존 버전을 무효화(논리적으로 tx_end_id를 101로 설정)하고, balance가 120인 새 버전을 생성합니다.balance=120)은 이제 다른 트랜잭션에게도 유효한 후보가 됩니다.SELECT balance FROM accounts WHERE id = 1;
balance가 100인 버전을 봅니다! 트랜잭션 A는 자신이 시작된 시점(TID 100)의 스냅샷을 기반으로 하므로, TID 101이 생성한 버전은 볼 수 없습니다.SELECT balance FROM accounts WHERE id = 1;
id=1의 balance가 120인 최신 커밋된 버전을 봅니다. (tx_start_id <= 102, tx_end_id IS NULL or tx_end_id > 102)이 예시에서 볼 수 있듯이, 트랜잭션 A는 트랜잭션 B의 변경 사항에 전혀 영향을 받지 않고 작업을 계속 수행할 수 있습니다. 이것이 MVCC가 제공하는 높은 동시성과 일관된 읽기(Consistent Read)의 핵심입니다.
장점:
고려사항:
MVCC는 현대 데이터베이스 시스템에서 트랜잭션의 동시성 문제를 해결하고 데이터의 일관성을 유지하는 데 필수적인 기술입니다. 전통적인 잠금 기반 방식의 한계를 극복하고, 읽기-쓰기 충돌 없이 높은 성능을 제공함으로써 오늘날의 대규모 트래픽 환경에서 데이터베이스가 안정적으로 작동하도록 돕습니다.
데이터베이스를 다루는 개발자나 DBA라면 MVCC의 원리를 이해하는 것이 매우 중요합니다. 이를 통해 애플리케이션의 성능을 최적화하고, 잠재적인 동시성 문제를 효과적으로 디버깅하는 데 큰 도움이 될 것입니다. MVCC는 보이지 않는 곳에서 데이터의 무결성을 지키고 사용자에게 원활한 서비스를 제공하는 진정한 ‘마법사’라고 할 수 있습니다.
Text by Chaelin & Gemini. Photographs by Chaelin, Unsplash.