JPA - 영속성 컨텍스트

영속성 컨텍스트

- EntityManager를 생성할 때 만들어지며 Entity를 저장하는 논리적인 공간

- EntityManager를 통해서 Entity를 영속성 컨텍스트에 보관 및 관리한다

 

특징

- 영속 상태는 식별자 값이 반드시 있어야 한다. (@Id 어노테이션으로 테이블의 기본 키로 매핑한 값)

- 데이터베이스 저장 - 영속성 컨텍스트에 Entity를 저장(영속상태)하고 트랜잭션이 커밋되는 순간 DB에 반영하는데 이를 플러시(flush)라 한다.

- Entity를 관리하여 아래와같은 장점이 생겨남

1] 1차 캐시

영속성 컨텍스트는 내부에 캐시를 가진다. 영속 상태의 Entity를 이곳에 저장한다.

find() 메소드(데이터를 조회)를 호출하여 Entity를 조회할때 곧바로 DB로 가는것이 아닌 영속성 컨텍스트 1차 캐시에서 객체를 찾는다. 여기에 없다면 그때 DB조회를 하여 데이터를 가져와서 1차 캐시에 저장한다

=> 성능상의 이점이 발생한다.

 

2] 동일성 보장

EntityManager manager = factory.createEntityManager(); 

User user1 = manager.find(User.class, "1");
User user2 = manager.find(User.class, "1");

// 이경우 user1 == user2는 true이다. 1차 캐시에 있는 같은 Entity 인스턴스를 반환

(?) 동일성과 동등성의 차이

  동일성(identity): 실제 인스턴스가 같다. 따라서 참조 값을 비교하는 == 비교의 값이 같다

  동등성(equality): 실제 인스턴스는 다를 수 있지만 인스턴스가 가지고 있는 값이 같다. equals() 메소드로 비교

 

3] 트랜잭션을 지원하는 쓰기 지연

EntityManager는 트랜잭션 커밋이 일어나기전까지 내부 쿼리 저장소에 SQL을 모아두었다가 트랜잭션 커밋이 일어날 때 DB에 쿼리를 보냄

 

4] 변경 감지

Entity수정시에는 조회해서 데이터만 변경하면 되는데, 변경된 Entity내용이 DB에 자동으로 반영되는 기능

  - 영속성 컨텍스트가 관리하는 영속 상태의 Entity에만 적용된다.

 

5] 지연 로딩

Entity가 실제로 사용되기 전까지 데이터베이스 조회를 지연할 수 있도록함. 지연 로딩을 사용하면 실제 Entity 객체대신 가짜 객체인 프록시 객체가 필요하다

=> 성능향상에 도움

EntityManager와 EntityManagerFactory

- EntityManagerFactory는 EntityManager를 만드는 곳으로 DB당 1개만 생성하고 공유

- EntityManager는 Entity를 저장, 수정, 삭제, 조회 등의 Entity와 관련된 모든 일을 처리하고 관리한다

- EntityManagerFactory는 여러 스레드가 동시에 접근해도 안전하지만, EntityManager는 스레드간에 공유하게되면 동시성 문제가 발생한다.

- EntityManager는 DB연결을 미리하지않고 필요한 시점이 되었을 때(트랜잭션을 시작) connection을 가져온다.

EntityManagerFactory factory = Persistence.createEntityManagerFactory("persistence-unit의 Name");
EntityManager manager = factory.createEntityManager(); // 공장에서 EntityManager 생성, 비용이 거의 안들어감

Entity의 생명주기

- 비영속(new/transient): 영속성 컨텍스트와 전혀 관계가 없는 상태

Entity 객체를 생성한 단계. 순수 객체 상태이며 저장되지 않은 상태

 

- 영속(managed): 영속성 컨텍스트에 저장된 상태

EntityManager를 통해 영속성 컨텍스트에 저장한 상태이며 영속성 컨텍스트가 관리하는 상태

조회한 Entity도 영속 상태이다.

 

- 준영속(detached): 영속성 컨텍스트에 저장되었다가 분리된 상태

영속성 컨텍스트가 관리하던 Entity를 관리하지 않게되면 준영속 상태가 된다

= 관련 메소드

    - detach(): 특정 Entity를 준영속 상태로 전환

    - clear(): 영속성 컨텍스트를 완전히 초기화

    - close(): 영속성 컨텍스트를 종료

    - merge(): 새로운 영속 상태의 엔티티로 만든다

    (기존의 준영속상태의 Entity를 다시 영속상태로 만들어 주는게 아니라, 새로운 EntityManager를 가지는 영속 상태의 Entity를 만들어서 사용함)

= 준영속 상태의 특징

    - 비영속 상태에 가깝다 (영속성 컨텍스트가 관리하지 않으므로 1차 캐시, 쓰기지연, 변경감지 등 어떠한 기능도 동작하지 않음)

    - 식별자 값을 가지고 있다 (비영속은 식별자가 없음. 영속된적이 없으므로)

    - 지연 로딩 불가 (org.hibernate.LazyInitializationException 예외 발생)

(!) 프리젠테이션 계층(Controller, View 등)영역에서 준영속상태의 객체를 지연로딩해야하는 상황?

1] 뷰가 필요한 엔티티를 미리 로딩해두는 방법

: 영속성 컨텍스트가 살아 있을 때 뷰에 필요한 엔티티들을 미리 다 로딩하거나 초기화해서 반환하는 방법. 뷰가 필요한 엔티티를 미리 로딩해두는 방법은 어디서 미리 로딩하느냐에 따라 3가지 방법이 있다.

 

- 글로벌 페치 전략 수정

@Entity
public class Order {
    @Id @GeneratedValue
    private Long id;

    @ManyToOne(fetch = FetchType.EAGER) // 즉시로딩전략
    private Member member;
    // ...
}

=> Order를 조회할 때, Member Entity를 미리 로딩해서 가져간다. 미리 호출을 다 해놓기떄문에, 준영속상태가 되어도 사용할 수 있다. 하지만 이러는 경우 문제점이 발생한다. 1) 사용하지 않는 엔티티를 로딩 2) N+1문제가 발생.

따라서 성능상 이슈가 커서 비효율적이기 때문에 사용을 권장하지 않음.

JPA - N+1 문제

 

- JPQL 페치 조인

https://xggames.tistory.com/50 - 페치조인 참고

SELECT o FROM Order o JOIN FETCH o.member

=> 페치 조인을 사용하면, 페치 조인 대상까지 함께 조회되며, N+1 문제가 발생하지 않는다.

하지만, View에 필요한 데이터에 맞춰서 Repository 메소드를 작성하게 된다면, 프리젠테이션 계층이 알게모르게 데이터 접근 계층을 침범하게 되는 상황이 올 수도 있어서, 각 영역의 계층간 독립적인 구성이 필요하다.

 

- 강제로 초기화

: 글로벌 페치 전략은 모두 지연 로딩이라고 가정하고, 영속성 컨텍스트가 살아있을 때 프리젠테이션 계층이 필요한 엔티티를 강제로 초기화해서 반환하는 방법이다.

ex) order.getMember().getName(); // 프록시 객체를 강제로 초기화한다.

https://xggames.tistory.com/46 - 프록시 초기화 참고

 

2] OSIV(Open Session In View)를 사용하여 항상 영속 상태로 유지하는 방법

: 뷰영역에서도 지연로딩을 할 수 있도록하여, 엔티티를 미리 초기화할 필요가 없고 FACADE 계층도 필요가 없다. 하지만 프리젠테이션 계층이 엔티티를 변경할 수 있는 문제점이 생길 수 있다. 이 문제를 해결하기 위해 아래와 같은 방법을 사용한다.

- 엔티티를 읽기 전용 인터페이스로 제공: 인터페이스에 Getter만 생성하여 구현할 수 있도록 제공

- 엔티티 레핑: 레핑 클래스를 생성하여 읽기 전용 메소드만 제공

- DTO만 반환

아래의 스프링 OSIV 참고

 

- 삭제(removed): 삭제된 상태

remove() 메소드 사용

Entity의 생명주기

플러시 (flush())

: 영속성 컨텍스트의 변경 내용을 데이터베이스에 반영(=동기화)해주는 작업. 

 

1] 변경 감지가 동작해서 영속성 컨텍스트에 있는 모든 Entity를 스냅샷과 비교하여 수정된 Entity를 찾는다. 수정된 Entity는 수정 쿼리를 만들어 쓰기지연 SQL 저장소에 등록함.

2] 쓰기 지연 SQL 저장소의 쿼리를 데이터베이스에 보낸다. (등록, 수정, 삭제 쿼리)

 

= 영속성 컨텍스트를 flush하는 방법

    1] flush() 메소드 호출 (거의 사용하지 않음)

    2] 트랜잭션 커밋이 작동하는 시점에 자동호출

        트랜잭션을 커밋하기 전에도 flush 호출

    3] JPQL 쿼리 실행시 자동호출

 

= flush 모드 옵션

    - FlushModeType.AUTO: 커밋이나 쿼리를 실행할 때 flush (default)

    - FlushModeType.COMMIT: 커밋할 때만 flush

트랜잭션 범위의 영속성 컨텍스트

- 위의 그림은 영속성 컨텍스트의 생존 범위가 표시되어있다. 이 범위는 트랜잭션의 범위와 동일하다. 즉 트랜잭션을 시작할 때 영속성 컨텍스트를 생성하고 트랜잭션이 끝날 때 영속성 컨텍스트가 종료된다. 따라서 Controller에 반환된 엔티티는 준영속 상태가 된다.

- 같은 트랜잭션 안에서는 항상 같은 영속성 컨텍스트에 접근한다. 반대로 트랜잭션이 다르면, 다른 영속성 컨텍스트를 사용한다.

따라서 개발자는 싱글 스레드 애플리케이션처럼 단순하게 개발이 가능하고, 비즈니스로직 개발에 집중할 수 있다.

 

스프링 프레임워크에서는 @Transactional 어노테이션을 선언하여 트랜잭션을 시작한다. 이 어노테이션이 있으면 위의 그림에 표시된 것 처럼, 호출한 메소드를 실행하기 직전에 스프링 트랜잭션 AOP가 먼저 동작하게 된다.

- 메소드 정상동작시: 영속성 컨텍스트 flush하여 변경 내용을 데이터베이스에 반영후, 트랜잭션 커밋 진행

- 메소드 예외발생시: 트랜잭션을 롤백진행하고, flush하지 않는다.

스프링 OSIV

스프링 프레임워크는 다양한 OSIV 클래스를 제공한다. 이 클래스들은 비즈니스 계층에서 트랜잭션을 사용하는 OSIV다.

- 하이버네이트 OSIV 서블릿 필터(org.springframework.orm.hibernate4.support.OpenSessionInViewFilter)

- 하이버네이트 OSIV 스프링 인터셉터(org.springframework.orm.hibernate4.support.OpenSessionInViewInterceptor)

- JPA OSIV 서블릿 필터(org.springframework.orm.jpa.support.OpenEntityManagerInViewFilter)

- JPA OSIV 스프링 인터셉터(org.springframework.orm.jpa.support.OpenEntityManagerInViewInterceptor)

1] 클라이언트 요청이 들어오면 서블릿 필터나, 스프링 인터셉터에서 영속성 컨텍스트를 생성한다. 트랜잭션은 시작하지 않는다.

2] 서비스 계층에서 @Transactional로 트랜잭션을 시작하면 1번에서 미리 생성해둔 영속성 컨텍스트를 찾아와서 트랜잭션을 시작

3] 서비스 계층이 끝나면 트랜잭션을 커밋하고 영속성 컨텍스트를 플러시한다.

4] 컨트롤러, 뷰까지 영속성 컨텍스트가 유지되어 조회한 엔티티는 영속 상태를 유지

5] 서블릿 필터라, 스프링 인터셉터로 요청이 돌아오면 영속성 컨텍스트를 종료한다. (플러시는 호출하지 않음)

 

- 스프링 OSIV의 특징

    - 클라이언트의 요청이 들어올 때 영속성 컨텍스트를 생성해서 요청이 끝날 때까지 같은 영속성 컨텍스트를 유지한다. 따라서 한 번 조회한 엔티티는 요청이 끝날 때까지 영속 상태를 유지한다

    - 엔티티 수정은 트랜잭션이 있는 계층에서만 동작한다. 트랜잭션이 없는 프리젠테이션 계층은 지연 로딩을 포함해서 조회만 가능

- 스프링 OSIV의 단점

    - OSIV를 적용하면 같은 영속성 컨텍스트를 여러 트랜잭션이 공유할 수 있다. (트랜잭션 롤백 등 이슈 발생)

    - 프리젠테이션 계층에서 엔티티를 수정하고나서 비즈니스 로직을 수행하면 엔티티가 수정될 수 있다.

    - 프리젠테이션 계층에서 지연 로딩에 의한 SQL이 실행되므로 성능 튜닝시 확인 범위가 넓어진다.

참고

서적 - 자바 ORM 표준 JPA 프로그래밍 제3장, 제13장 - 김영한 지음