[PostgreSQL] Transaction 왜, 언제, 어떻게 동작하나?

🎯 Goals

• 트랜잭션의 사용 방법을 알아본다.
• 트랜잭션이 동작 원리를 그림으로 정리한다.
• 동작원리 이해를 위해 WAL, CDC가 무엇인지 알아본다.

 

 

1. 트랜잭션 사용 방법

BEGIN

트랜잭션 블록 초기화 키워드로

모든 문장을 하나의 트랜잭션으로 묶는다.

`COMMIT` `ROLLBACK` 연산을 만나기 전까지

 

Automacity 를 보장하는 대 신 

CPU/Disk activity 가 있기 때문에 속도는 더 느리다.

 

 

 

WITHOUT BEGIN

기본적으로 BEGIN 이 없으면 각각의 statement (쿼리문)이 독립된 트랜잭션이 된다.

속도는 더 빠르다. 

 

 

📝 이럴 때 트랜잭션을 써라

All or Nothing
여러 쿼리가 하나의 작업 단위로 묶여야 할 때
다 실행되거나 다 안되거나

 

 

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2.  트랜잭션의 동작 원리

트랜잭션은 어떻게 COMMIT / ROLLBACK 할 수 있게되었나?

트랜잭션 동작의 중심에 Change Data Capture (CDC) Mechanism 이 존재한다.

Log-Based Change Data Capture

직접 작성

모든 트랜잭션은 다음과 같은 순서를 따른다.

1. WAL 에 로그를 남긴다.
2. CDC 가 로그에 변화가 있을 때마다 감지한다.
   1. COMMIT -> 실제 DB에 변경된 (Capture 된) 내역을 반영한다. (flush to disk, WAL -> Disk)
   2. ROLLBACK 하면 WAL에 따라 Redo 한다.

 

아래 컬러풀한 그림으로 표현해보자.

출처: Striim

 

WAL?

Write Ahead Log 라는 이름이 왜 탄생했을까?

모든 DB 트랜잭션은 실제 DB Storage 에 써지기 전에 (Ahead)
버퍼에 로그(Write Log)를 남긴다. 

 

Write Ahead Log 는 다시 말해  DB에서 일어나는 모든 연산을 로깅해두는 곳이다. 

 

Postgres 에서는 WAL을 Transaction Log 로 명명하기도 한다.

 

WAL 특징

• 변경 전에 Log 남겨서 Data Durability 보장.
• Append 연산
• 동작 시점은 Commit 직전
• 매번 Disk 에 쓸 수 없으므로 Log Buffer 에 쌓아두고
  주기적으로 flush() (Memory -> Disk)

 

왜 WAL 이 필요한가?

 매 쿼리마다 실제 테이블에 직접 쓴다고 가정해보자.
(DB는 물리 저장장치, 즉 보조 기억장치에 데이터를 저장한다는 점을 기억하자)

보조기억 장치 I/O 는 Cost 가 매우 높은 작업이다. 도중에 취소할(ROLLBACK)수도 있는 연산까지 매번 IO를 한다면 DB 연산속도가 훨씬 느려져 비효율적이다. 그래서, Disk 쓰기 연산을 줄이기 위해 필요하다.

 

 

📝 CDC, WAL 을 통한 트랜잭션 동작 과정 정리

DB에 가해지는 모든 INSERT, UPDATE, DELETE 등의 DML 을 포함한 모든 연산은 WAL에 기록되고,
이 중에 CDC가 변화된 데이터만을 감지 (Capture) 하여 버퍼링한다.

COMMIT

CDC에 의해 버퍼에 담겼던 데이터들은 `COMMIT` 되는 순간 모두 실제 DB (Disk) 에 디스패치된다.

ROLLBACK

데이터베이스에서 모든 로그를 WAL 에 기록하기 때문에, ROLLBACK 시도시 CDC에 의해 캡쳐된 버퍼의 데이터를 삭제(Abort)시키고
특정 WAL 로그 상태로 되돌아(ROLLABCK) 가는 것이 가능하다

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🔗 Reference

BEGIN

Change Data Capture (CDC): What it is and How it Works | Striim

PostgreSQL Streaming Replication - a Deep Dive