DB Lock

• 데이터베이스에서 Lock은 여러 트랜잭션(데이터베이스 작업 단위)이 동시에 데이터에 접근하고 수정하는 상황에서 데이터의 일관성과 무결성을 보장하기 위해 사용되는 개념

DB Lock의 Level

1. 행 수준 잠금 (Row-Level Locking): 데이터를 개별 행 단위로 잠금을 설정하는 것을 말한다. 이 경우에는 특정 행만 잠겨서 다른 트랜잭션은 해당 행에 접근할 수 없게 된다.

2. 테이블 수준 잠금 (Table-Level Locking): 테이블과 인덱스에 모두 잠금을 설정. Select table, Alter table, Vacuum, Refresh, Index, Drop, Truncate 등의 작업에서 해당레벨의 락이 설정된다.

3. 데이터베이스 수준 잠금 (Database-Level Locking): 데이터베이스를 복구하거나 스키마를 변경할 때 발생

◻️ Global Lock

• FLUSH TABLES WITH READ LOCK 명령으로 획득할 수 있음

• 글로벌 LOCK이 영향을 미치는 대상은 MySQL 서버 전체

• SELECT 쿼리를 제외한 대부분의 DDL이나 DML 쿼리를 실행할 수 없음

• 데이터 베이스의 구조적 변경, 백업 수행, 또는 크리티컬한 데이터 마이그레이션 작업 시에 사용됨

Backup Lock

• InnoDB는 트랜잭션을 지원하기 때문에 일관된 데이터 상태를 위해 모든 데이터의 변경 작업을 멈출 필요가 없어졌음

• MySQL이 8.0부터 InnoDB가 기본 Storage 엔진이 되면서 조금 더 가벼운 글로벌 락의 필요성이 생김

  • 이러한 이유로 Backup Lock이 도입됨

LOCK INSTANCE FOR BACKUP
-- // 백업 실행
UNLOCK INSTANCE

• 백업 락은 일반적인 테이블의 데이터 변경은 허용되고 스키마 변경같은 DDL 명령어가 실행되면 복제를 일시 중지하는 역할을 함

◻️ Table Lock

• 전체 테이블에 대한 잠금으로, 특정 테이블의 모든 행에 대한 잠금을 설정함

• 주로 대량의 데이터를 추가, 업데이트 또는 삭제하는 배치 작업에서 유리하며, 이러한 작업 중에는 다른 작업의 간섭을 최소화할 필요가 있음

LOCK TABLES table_name [AS alias] {READ | [READ LOCAL] | WRITE}

• 명령으로 특정 테이블의 락을 획득할 수 있으며 MyISAM 뿐만 아니라 InnoDB에서도 사용이 가능하며 명시적으로 획득한 잠금은 UNLOCK TABLES 명령으로 잠금을 반납할 수 있음

• 묵시적인 테이블 락은 스키마를 변경하는 쿼리(DDL)을 사용하는 경우에 발생하며, 이 경우에는 쿼리가 완료된 후 자동으로 락이 해제됨

Intention Lock

• MySQL InnoDB 엔진에는 intention lock의 개념도 존재함

• row에 대해서 나중에 어떤 row-level 락을 걸 것을 알려주기 위해 미리 table-level에 걸어두는 lock

• Intention Shared Lock과 Intention Exclusive Lock 두 가지가 존재함

  • SELECT … LOCK IN SHARE MODE 이 실행되면

    1. Intention Shared Lock (IS) 이 테이블에 걸림

    2. row-level 에 S-Lock 이 걸림

  • SELECT … FOR UPDATE, INSERT, DELETE, UPDATE 이 실행되면

    1. Intention Exclusive Lock (IX) 이 테이블에 걸림

    2. row-level 에 X-Lock 이 걸림

IS, IX 락은 여러 트랜잭션에서 동시에 접근 가능하지만, row-level 의 실제 락인 S, X 락에서 접근 제어를 하게 된다.

◻️ Row Level Lock

• 개별 행에 대한 잠금으로 동시성이 높은 환경에서 유리함

• 행 단위로 잠금을 관리하므로 여러 트랜잭션이 서로 다른 행을 동시에 처리할 수 있음

Shared Lock (공유 잠금)

• Row Level Lock

• 데이터를 읽을 때 사용하는 Lock (S로 표기)

• 하나의 트랜잭션이 데이터를 읽고 있는 경우, 다른 트랜잭션들도 해당 데이터를 읽을 수는 있지만, 쓰기 작업은 금지된다.

• 데이터의 일관성을 유지할 수 있다.

• 트랜잭션 격리수준 중 Repeatable Read 단계와 연관

Exclusive Lock (배타적 잠금)

• Row Level Lock

• 데이터를 변경하고자 할 때 사용되며, 트랜잭션이 완료될 때 까지 유지된다. (X로 표기)

• 특정 트랜잭션이 데이터를 수정하고 있는 경우, 해당 데이터에 대한 다른 모든 트랜잭션의 접근이 금지된다.

• 트랜잭션 격리수준 중 Serializable 단계와 연관

✔️ row-level 및 table-level 에서 두 번 Lock하는 이유

• 트랜잭션에서 이미 테이블에 대해 락이 걸려있는데, B 트랜잭션에서 해당 테이블의 특정 row에 lock을 거는것을 원천적으로 방지 할 수 있음 (반대의 경우도 마찬가지)

• EX) row-level의 write이 일어나고 있을 때 테이블 스키마가 변경되서는 안됨. write query의 경우 이미 IX 락을 획득한 상태이기 때문에 해당 테이블의 스키마가 변경되는 것을 막을 수 있음

  	X	IX	S	IS
  X	Conflict	Conflict	Conflict	Conflict
  IX	Conflict	Compatible	Conflict	Compatible
  S	Conflict	Conflict	Compatible	Compatible
  IS	Conflict	Compatible	Compatible	Compatible

  • Conflict : 락을 걸 수 없음(두 락이 중복)

  • Compatible : 락을 걸 수 있음(두 락이 동시에 걸릴 수 있음)

Escalation

• 잠금 수준을 최적화하는 과정

  • Lock Escalation은 데이터베이스 시스템이 특정 Lock Level에서 다른 Lock Level로 전환하는 과정을 의미

  • 일반적으로 특정 트랜잭션에서 많은 수의 잠금을 설정하려는 경우 시스템은 이를 관리하기 위해 Lock Level을 높일 수 있음

• Lock 레벨이 낮을 수록 동시성이 좋아지지만, 관리해야할 Lock이 많아지기 때문에 메모리 효율성은 떨어짐

  • 반대로 Lock 레벨이 높을 수록 관리 리소스는 낮지만, 동시성은 떨어짐

Blocking (블로킹)

• Lock간의 경합 (Race Condition)이 발생하여 특정 Transition이 작업을 진행하지 못하고 멈춰선 상태

  • 공유 락 끼리는 블로킹이 발생하지 않지만 베타 락은 블로킹을 발생시킴

• 블로킹을 해소하기 위해서는 이전 트랜잭션이 완료 (commit / rollback)이 되어야 함

해결방안

1. SQL문의 리팩토링

2. 트랜잭션을 가능한 짧게 정의

3. 동일한 데이터를 동시에 변경하는 작업을 하지 않도록 설계

4. 대용량 작업이 불가피할 경우, 작업 단위를 쪼개거나 lock_timeout을 설정

Dead Lock (데드락)

• 두개의 트랜젝션간에 각각의 트랜젝션이 가지고 있는 리소스의 Lock을 획득하려고 할 때 발생함

  

  • 위와 같이 각각의 트랜잭션에 Lock을 걸고 상대방 Lock에 접근하여 반환 받지 못하는 상황에서 Dead Lock이 발생하게 됨

DeadLock 해결 방법

1. Dead Lock 이 감지되면 둘 중 하나의 트랜잭션을 강제 종료한다.

   • 실제로, Oracle 에서는 데드락이 감지되면 한쪽 Transaction을 강제로 풀어버린다

   • 이렇게 되면 하나의 트랜잭션A의 마지막 실행 내용에 오류가 발생되고 커밋이 발생되도록 유지한다

   • 또 다른 트랜잭션 B는 아직 대기중이며, 트랜잭션 A의 커밋을 기다린다

2. Dead Lock 방지를 위해 접근 순서를 동일하게 하는 것이 중요 -> 접근 순서 규칙을 정한다.

Optimistic Lock (낙관적 락)과 Pessimistic Lock(비관적 락)

Optimistic Lock

• 데이터 갱신시 충돌이 발생하지 않을 것 으로 간주하는 방식

• 데이터를 읽을 때 잠금을 설정하지 않고, 데이터를 변경하기 전에 충돌을 검출하는 방식이다.

• 주로 데이터 충돌이 적은 상황에서 사용

Pessimistic Lock

• 데이터 갱신시 충돌이 발생할 것 으로 보고 미리 잠금을 하는 방식

• 데이터를 읽을 때나 변경할 때 바로 잠금을 설정하여 다른 트랜잭션의 접근을 막는 방식이다.

• 무결성에 장점이 있지만 데드락의 위험성이 존재한다.

구분	Optimistic Lock	Pessimistic Lock
정의	충돌이 없을 것으로 가정하여 락을 걸지 않음	충돌을 예상하고 미리 락을 검
사용법	JPA 사용시 @Version	Mode 설정 및 쿼리에 직접 사용, DB단에서 설정 가능
별칭	낙관적인 락 / 비선점적인 락	비관적인 락 / 선점적인 락
장점	데드락 가능성이 적으며 성능의 이점	충돌에 대한 오버헤드가 줄어들며 무결성을 지키기 용이
단점	충돌이 발생하면 오버헤드 발생	충돌이 없으면 오버헤드가 발생

낙관적 락/비관적 락 VS 공유 락/배타적 락

• 낙관적 락과 비관적 락은 데이터 충돌의 빈도와 대응 방식을 나타내며

• 공유 잠금과 배타적 잠금은 데이터의 읽기와 쓰기 작업 간의 관계를 나타낸다.

Ref

• DB 락

• [DB] Lock이란?

• 낙관적 락과 비관적 락

• MySQL 락