[Spring] JPA 영속성 컨텍스트

영속성 컨텍스트는 엔티티를 영구 저장하는 환경이라는 의미입니다. 엔티티 매니저로 엔티티를 저장하거나 조회하면 엔티티 매니저는 영속성 컨텍스트에 엔티티를 보관하고 관리합니다.

em.persist(object);

이 코드를 단순히 엔티티를 저장한다고 표현했지만 정확히 이야기 하자면 persist()는 엔티티 매니저를 사용해서 데이터를 영속성 컨텍스트에 저장한다는 의미입니다. 영속성 컨텍스트트 엔티티 매니저를 생성할 때 하나 만들어집니다. 그리고 엔티티 매니저를 통해 영속성 컨텍스트에 접근할 수 있고 영속성 컨텍스트를 관리할 수 있습니다.

 

Entity Manager

JPA가 제공하는 기능은 크게 엔티티와 테이블을 매핑하는 설계 부분과 매핑한 엔티티를 실제 사용하는 부분으로 나눌 수 있습니다. 엔티티 매니저는 엔티티를 저장하고, 수정하고, 삭제하고 조회하는 등 엔티티와 관련된 모든 일을 처리합니다. 개발자의 입장에서는 가상의 데이터베이스로 생각할 수 있습니다. 엔티티 매니저는 데이터베이스 연결이 꼭 필요한 시점까지 커넥션을 하지 않습니다. 트랜잭션을 시작할 때 커넥션을 획득합니다.

이런 엔티티 매니저는 엔티티 매니저 팩토리에 의해 생성되어 사용됩니다. JPA의 구현체들은 엔티티 매니저 팩토리를 생성할 때 커넥션풀도 생성하는데 J2EE 환경에서는 Datasource를 사용합니다. 엔티티 매니저 팩토리는 여러 스레드가 동시에 접근해도 안전하믈 서로 다른 스레드간 공유해도 되지만, 엔티티 매니저는 여러 스레드가 동시에 접근하면 동시성 문제가 발생하므로 스레드 간에 절대 공유하면 안됩니다.

 

엔티티의 생명주기

비영속 상태
영속성 컨텍스트와 전혀 관계가 없는 상태입니다. 비영속 상태은 엔티티 객체를 생성만 했을 때를 의미합니다. 순수한 객체 상태이며 아직 저장되지 않았기 때문에 영속성 컨텍스트나 데이터베이스와는 전혀 관련이 없습니다.

영속 상태
영속성 컨텍스트에 저장된 상태입니다. 영속 상태는 엔티티 매니저를 통해 엔티티를 영속성 컨텍스트에 저장하여 이렇게 영속성 컨텍스트가 관리하는 엔티티를 영속 상태라고 합니다. 영속 상태라는 것은 영속성 컨텍스트에 의해 관리된다는 뜻입니다.

준영속 상태
영속성 컨텍스트에 저장되었다가 분리된 상태입니다. 준영속 상태는 영속성 컨텍스트가 관리하던 영속 상태의 엔티티를 영속성 컨텍스트가 관리하지 않으면 준영속 상태가 됩니다. 특정 엔티티를 준영속 상태로 만들려면 detach()를 호출하면 됩니다. 또는 close()를 호출해서 영속성 컨텍스트를 닫거나 clear()를 호출해서 영속성 컨텍스트를 초기화해도 영속성 컨텍스트가 관리하던 영속 상태의 엔티티는 준영속 상태가 됩니다.

삭제 상태
삭제 상태는 엔티티를 영속성 컨텍스트와 데이터베이스에서 삭제하는것을 의미합니다.

 

영속성 컨텍스트의 특징

영속성 컨텍스트와 식별자 값
영속성 컨텍스트는 엔티티를 식별자 값(@id로 테이블의 기본 키와 매핑한 값)으로 구분합니다. 따라서 영속 상태는 식별자 값이 반드시 있어야 합니다. 식별자 값이 없으면 Exception이 발생합니다.

영속성 컨텍스트와 데이터베이스 저장
영속성 컨텍스트에 엔티티를 저장하면 JPA는 엔티티를 트랜잭션 커밋하는 순간 영속성 컨텍스트에 새로 저장된 엔티티를 데이터베이스에 반영합니다. 이것을 flush라고 합니다.

1차 캐시
영속성 컨텍스트는 내부에 캐시를 가지고 있는데 이것을 1차 캐시라고 합니다. 영속 상태의 엔티티는 모두 이곳에 저장됩니다. 쉽게 이야기하면 영속성 컨텍스트 내부에 Map이 하나 있습니다. key는 @id로 매핑한 식별자이고 Value는 엔티티 인스턴스 입니다. JPA는 em.find(entityClass, primaryKey)를 이용하여 영속성 컨텍스트에 있는 엔티티를 검색할 수 있는데, 먼저 1차 캐시에서 엔티티를 찾고 1차 캐시에 없다면 데이터베이스에서 조회합니다. 이때, 데이터베이스에서 찾은 엔티티를 1차 캐시에 저장한 후 영속 상태의 엔티티를 반환합니다.

영속 엔티티의 동일성 보장
em.find(Donghwan.class, "donghwan1")를 반복해서 호출하더라도 영속성 컨텍스트는 1차 캐시에 있는 같은 엔티티 인스턴스를 반환합니다. 따라서 항상 같은 인스턴스를 리턴한다고 할 수 있습니다. 동일성 비교는 항상 참을 가지게 됩니다.

쓰기 지연
엔티티 매니저를 사용하여 엔티티를 영속성 컨텍스트에 등록한다고 할 때, 엔티티 매니저는 트랜잭션을 커밋하기 직전까지 데이터베이스에 엔티티를 저장하지 않고 내부 쿼리 저장소에 INSERT 쿼리를 모아둡니다. 그리고 트랜잭션을 커밋 시점에 모아둔 쿼리를 데이터베이스에 보내는데 이것을 트랜잭션을 지원하는 쓰기 지연(Transactional Write-Behind)이라고 합니다.
트랜잭션을 커밋하면 엔티티 매니저는 영속성 컨텍스트를 Flush합니다. Flush는 영속성 컨텍스트의 변경 내용을 데이터베이스에 동기화하는 작업으로 등록, 수정, 삭제한 엔티티를 데이터베이스에 반영합니다.
이런 쓰기 지연이 가능한 이유는 트랜잭션이 있기 때문입니다. 데이터 A, B, C를 저장하는 로직이 있다고 했을 때, 각각 INSERT를 하는 경우와 트랜잭션 커밋 직전에 한번에 INSERT를 하는 경우의 결과는 동일합니다. 이유는 트랜잭션 롤백이 된다면 저장되지 않고 트랜잭션 커밋이 되면 저장되기 때문에 같은 결과를 가집니다. 이 기능을 잘 활용하면 모아둔 등록 쿼리를 데이터베이스에 한 번에 전달해서 성능을 최적화 할 수 있습니다.(Bulk Insert)

변경 감지 ( Dirty Checking )
SQL을 직접 사용하던 방식은 수정에 대한 UPDATE문을 직접 작성해야 합니다. 하지만 프로젝트가 점점 커지고 요구사항이 늘어나면서 쿼리도 점점 추가되게 됩니다. 엔티티를 변경할 때마다 관련된 모든 SQL을 수정해야하는 상황이 생길 수 있습니다. 이런 개발 방식의 문제점은 코드가 SQL에 의존적인 상황이 됩니다.
JPA를 사용하면 단순히 엔티티를 조회해서 데이터만 변경하면 됩니다. 따로의 UPDATE 쿼리 처리 없이 엔티티의 변경만으로 처리가 가능합니다. 이런것이 가능한 이유는 영속성 컨텍스트 때문입니다. JPA는 엔티티를 영속성 컨텍스트에 보관할 때, 최초 상태를 복사하여 저장해두는 이것을 스냅샷이라고 합니다. 그리고 Flush 시점에 엔티티와 스냅샷을 비교해서 변경된 엔티티를 찾습니다. 변경 감지는 영속성 컨텍스트가 관리하는 영속 상태의 엔티티에만 적용이 됩니다.
JPA의 기본 전략은 모든 필드를 업데이트합니다. 모든 필드를 업데이트하면 보내는 데이터 전송량이 증가하는 단점이 있지만, 모든 필드를 사용하면 바인딩 되는 데이터를 제외한 수정 쿼리의 포맷이 항상 같아 애플리케이션 로딩 시점에 수정 쿼리를 미리 생성해두고 재사용할 수 있습니다. 또 데이터베이스에 동일한 쿼리를 보내면 데이터베이스는 이전에 한번 파싱된 쿼리를 재사용할 수 있어 단점을 보완할 수 있습니다. 만약 필드가 많거나 저장되는 내용이 너무 크면 수정된 데이터만 사용해서 동적으로 UPDATE SQL을 생성하는 전략을 선택하면 됩니다.
삭제의 경우에도 비슷하지만 삭제의 경우 데이테베이스에서 삭제되는 것은 트랜잭션 커밋 직전으로 동일하지만 remove(obejct)를 실행하는 순간 영속성 컨텍스트에서 제외됩니다.

지연 로딩 ( Lazy Loading )
JPA는 엔티티를 조회할 때 연관된 엔티티도 함께 조회하는 즉시로딩과 연관된 엔티티를 실제 사용할 때 조회하는 지연 로딩을 지원합니다. 즉시로딩(EAGER)은 A 엔티티를 조회할 때 연관된 엔티티 B, C를 같이 조회합니다. 이때 대부분의 JPA 구현체는 즉시 로딩을 최적화하기 위해 가능하면 조인 쿼리를 사용하여 한번에 조회합니다. 지연(LAZY)로딩은 프록시 객체를 사용하여 실제 사용될 때까지 데이터 로딩을 미룹니다. 만약 조회 대상이 영속성 컨텍스트에 이미 있으면 프록시 객체를 사용할 이유가 없습니다. 따라서 프록시가 아닌 실제 객체를 사용합니다.

 

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참고자료

• 자바 ORM 표준 JPA 프로그래밍