[JPA] 공부 내용 정리 2 - 영속성 관리

1. 엔티티 매니저 팩토리와 엔티티 매니저

EntityManagerFactory emf = Persistence.createEntityManagerFactory("jpabook");

엔티티 매니저 팩토리는 생성 비용이 많이 비싸다. 그래서 엔티티 매니저 팩토리는 한 개만 만들어서 애플리케이션 전체에서 공유하도록 설계되어 있다. 이러한 점 덕분에 여러 스레드가 동시에 접근해도 안전한다. 보통 데이터베이스를 하나만 사용하는 애플리케이션은 EntityManagerFactory를 하나만 생성한다. 

 

EntityManager em = emf.createEntityManager();

반면 엔티티 매니저는 만드는데 비용이 거의 안 든다. 그래서 엔티티 매니저는 필요할 때마다 생성하여 사용한다. 엔티티 매니저는 여러 스레드가 동시에 접근하면 동시성 문제가 발생하므로 스레드 간에 절대로 공유하면 안된다.

 

2. 영속성 컨텍스트

 

JPA에서 가장 중요한 용어는 영속성 컨텍스트이다. 한마디로 엔티티를 영구 저장하는 환경이라고 할 수 있다. 

em.persist(member);

이 코드가 실행되면 단순히 DB에 저장된다고 생각했지만 정확하게 보면 persist() 메소드는 엔티티 매니저를 사용해서 회원 엔티티를 영속성 컨텍스트에 저장한다. 영속성 컨텍스트는 가려져 보이지 않기 때문에 개념적으로 접근할 수 밖에 없는데 영속성 컨텍스트는 엔티티 매니저를 생성할 때 하나가 만들어진다.

 

엔티티에는 4가지 상태가 존재한다.

상태	설명	코드 예
비영속(new/transient)	영속성 컨텍스트와 전혀 관계가 없는 상태	// 객체를 생성한 상태 Member member = new Member(); member.setId("member1"); member.setUsername("회원1");
영속(managed)	영속성 컨텍스트에 저장된 상태 (영속성 컨텍스트에 의해 관리되는 상태)	em.persist(member); Member member = em.merge(member); // 준영속 상태의 엔티티를 영속상태로 변환
준영속(detached)	영속성 컨텍스트에 저장되었다가 분리된 상태	em.detach(member); em.close(); em.clear();
삭제(removed)	삭제된 상태	em.remove(member);

 

https://gdsc-cau.github.io/articles/jpa-study-week2/

영속성 컨텍스트는 다음의 특징이 있다.

• 영속 상태의 엔티티는 반드시 식별자 값(@Id로 테이블의 기본키와 매핑한 값)이 있어야 한다.
• JPA 보통 트랜잭션이 커밋되는 순간 영속성 컨텍스트에 새로 저장된 엔티티를 데이터베이스에 반영하는데 이를 flush 라고 한다.
• 1차 캐시
• 동일성 보장
• 트랜잭션을 지원하는 쓰기 지연
• 변경 감지
• 지연 로딩

 

3. 엔티티 조회

영속성 컨텍스트는 내부에 캐시를 가지고 있는데 이것을 1차 캐시라 한다. 영속 상태의 엔티티는 모두 이곳에 저장된다. 쉽게 생각하면 영속성 컨텍스트 내부에 Map이 있는데 키는 @Id로 매핑한 식별자이고, 값은 엔티티 인스턴스이다.

 

// 엔티티를 생성한 상태(비영속)
Member member = new Member();
member.setId("member1");
member.setUsername("회원1");

// 엔티티를 영속 (영속성 컨텍스트 1차 캐시에 회원 엔티티 저장)
em.persist(member);

// 엔티티 조회
// em.find() 함수는 먼저 1차 캐시에서 엔티티를 조회하고 없으면 DB에서 조회한다.
// 찾는 엔티티가 1차 캐시에 있기 때문에 DB를 조회하지 않고 메모리에 있는 1차 캐시에서 엔티티를 가져온다.
Member findMember = em.find(Member.class, "member1");

// 찾는 엔티티가 1차 캐시에 없으면 엔티티 매니저는 데이터베이스를 조회해서 엔티티를 생성한다.
// 생성한 엔티티를 1차 캐시에 저장한 후에 영속 상태의 엔티티를 반환한다.
Member findMember2 = em.find(Member.class, "member2");

// member1, member2 엔티티 인스턴스 모두 1차 캐시에 있다.
// 따라서 이들을 조회하면 메모리에 있는 1차 캐시에서 바로 조회하기 때문에 성능상 이점을 누릴 수 있다.

 

4. 쓰기 지연

엔티티 등록코드를 보자.

EntityManager em = emf.createEntityManager();
EntityTransaction transaction = em.getTransaction();
// 엔티티 매니저는 데이터 변경 시 트랜잭션을 시작해야 한다.
transaction.begin(); // [트랜잭션] 시작

em.persist(memberA);
em.persist(memberB);
// 여기까지 INSERT SQL을 데이터베이스에 보내지 않는다.

// 커밋하는 순간 데이터베이스에 INSERT SQL을 보낸다.
transaction.commit(); //[트랜잭션] 커밋

엔티티 매니저는 트랜잭션을 커밋하기 직전까지 데이터베이스에 엔티티를 저장하지 않고 내부 쿼리 저장소에 INSERT SQL을 차곡차곡 모아둔다. 그리고 트랜잭션을 커밋할 때 모아둔 쿼리를 데이터베이스에 보내는데 이것을 트랜잭션을 지원하는 쓰기 지연(transactional write-behind)라 한다. 트랜잭션을 커밋하면 엔티티 매니저는 영속성 컨텍스트를 플러시한다. 플러시는 영속성 컨텍스트의 변경 내용을 데이터베이스에 동기화하는 작업이다. 이때, 등록, 수정, 삭제한 엔티티를 데이터베이스에 반영한다. 실제 동작은 쓰기 지연 SQL 저장소에 모인 쿼리를 데이터베이스에 보낸다. 트랜잭션 내에서 저장작업이 이루어질때마다 DB로 Insert 쿼리를 보내는 것과 트랜잭션 커밋시점에 모아둔 Insert 쿼리를 보내는 것은 차이가 없기 때문에 쓰기 지연이 가능해진다. 이 기능을 잘 활용하면 모아둔 등록 쿼리를 데이터베이스에 한 번에 전달해서 성능을 최적화 할 수 있다.

 

5. 엔티티 수정

영속성 컨테스트에는 변경 감지라는 기능이 있어서 이를 사용하여 엔티티를 수정할 수 있다.

EntityManager em = emf.createEntityManager();
EntityTransaction transaction = em.getTransaction();
transaction.begin(); // [트랜잭션] 시작

// 영속 엔티티 조회
Member memberA = em.find(Member.class, "memberA");

// 영속 엔티티 데이터 수정
memberA.setUsername("hi");
memberA.setAge(10);

transaction.commit(); // [트랜잭션] 커밋

JPA로 엔티티를 수정할 때는 단순히 엔티티를 조회해서 데이터만 변경하면 된다. 트랜잭션 커밋 직전에 em.update() 메소드를 실행해야 할 것 같지만 이런 메소드는 없다.

 

변경 감지

JPA는 엔티티를 영속성 컨텍스트에 보관할 때 최초 상태를 복사해서 저장해두는데 이것을 스냅샷이라 한다. 그리고 플러시(영속성 컨텍스트와 DB를 동기화) 시점에 스냅샷과 엔티티를 비교해서 변경된 엔티티를 찾는다.

1. 트랜잭션을 커밋하면 엔티티 매니저 내부에서 flush()가 호출된다.
2. 엔티티와 스냅샷을 비교해서 변경된 엔티티를 찾는다.
3. 변경된 엔티티가 있으면 수정 쿼리를 생성해서 쓰기 지연 SQL 저장소에 보낸다.
4. 쓰기 지연 저장소의 SQL을 데이터베이스에 보낸다.
5. 데이터베이스 트랜잭션을 커밋한다.

변경 감지는 영속성 컨텍스트가 관리하는 영속 상태의 엔티티에만 적용된다. JPA는 기본적으로 엔티티의 일부만 수정이 되어도 Update 쿼리에는 모든 필드를 사용한다. 만약 수정된 데이터만 사용해서 Update 쿼리를 만들고 싶다면 하이버네이트 확장 기능인 DynamicUpdate를 사용하면 된다.

@Entity
@org.hibernate.annotations.DynamicUpdate
@Table(name = "Member")
public class Member {...}

 이렇게 DynamicUpdate 애노테이션을 사용하면 수정된 데이터만 사용해서 동적으로 UPDATE SQL을 생성한다. 참고로 데이터를 저장할 때 데이터가 존재하는 (null이 아닌) 필드만으로 INSERT SQL을 동적으로 생성하고 싶다면 @DynamicInsert를 사용하면 된다.

 

6. 엔티티 삭제

엔티티를 삭제하려면 먼저 삭제 대상 엔티티를 조회해야 한다.

Member memberA = em.find(Member.class, "memberA"); // 삭제 대상 엔티티 조회
em.remove(memberA); // 엔티티 삭제

em.remove() 함수를 실행하면 즉시 엔티티를 삭제하는 것이 아니라 엔티티 등록과 비슷하게 삭제 쿼리를 쓰기 지연 SQL 저장소에 등록한다. 이후 트랜잭션을 커밋해서 플러시를 호출하면 실제 데이터베이스에 삭제 쿼리를 전달한다. 참고로 em.remove(memberA)를 호출하는 순간 memberA는 영속성 컨텍스트에서 제거된다. 이렇게 삭제한 엔티티는 재사용하지 말고 자연스럽게 가비지 컬렉션의 대상이 되도록 두는 것이 좋다.

 

7. 플러시

플러시(flush)는 영속성 컨텍스트의 변경 내용을 데이터베이스에 반영한다. 플러시를 실행하면 다음의 일이 일어난다.

1. 변경 감지가 동작해서 영속성 컨텍스트에 있는 모든 엔티티를 스냅샷과 비교해서 수정된 엔티티를 찾는다. 수정된 엔티티는 수정 쿼리를 만들어 쓰기 지연 SQL 저장소에 등록한다.
2. 쓰기 지연 SQL 저장소의 쿼리를 데이터베이스에 전송한다. (등록, 수정, 삭제 쿼리)

영속성 컨텍스트를 플러시하는 방법은 3가지다.

1. em.flush()를 직접 호출한다.
2. 트랜잭션 커밋 시 플러시가 자동 호출된다.
3. JPQL 쿼리 실행시 플러시가 자동 호출된다.

JPQL이나 Criteria 같은 객체지향 쿼리를 호출할 때도 플러시가 실행된다. 다음 코드를 보자.

em.persist(memberA);
em.persist(memberB);
em.persist(memberC);

// 중간에 JPQL 실행
query = em.createQuery("select m from Member m", Member.class);
List<Member> members = query.getResultList();

 

em.persist() 를 호출해서 memberA, memberB, memberC 를 영속 상태로 만들었다. 이 엔티티들은 영속성 컨텍스트에 있지만 아직 데이터베이스에는 반영되지 않았다. 이때 JPQL을 실행하면 어떻게 될까? JPQL은 SQL로 변환되어 데이터베이스에서 엔티티를 조회한다. 그런데 memberA, memberB, memberC는 아직 데이터베이스에 없으므로 쿼리 결과로 조회되지 않는다. 따라서 쿼리를 실행하기 직전에 영속성 컨텍스트를 플러시해서 변경 내용을 데이터베이스에 반영해야 한다. JPA는 이런 문제를 예방하기 위해 JPQL을 실행할 때도 플러시를 자동 호출한다.

참고로 혹시라도 플러시라는 이름으로 인해 영속성 컨텍스트에 보관된 엔티티를 지운다고 생각하면 안된다. 다시 한 번 강조하지만 영속성 컨텍스트의 변경 내용을 데이터베이스에 동기화하는 것이 플러시다.

 

8. 준영속

영속성 컨텍스트가 관리하는 영속 상태의 엔티티가 영속성 컨텍스트에서 분리된 것을 준영속 상태라 한다. 따라서 준영속 상태의 엔티티는 영속성 컨텍스트가 제공하는 기능을 사용할 수 없다. 영속 상태의 엔티티를 준영속 상태로 만드는 방법은 크게 3가지이다.

1. em.detach(entity): 특정 엔티티만 준영속 상태로 전환한다.
2. em.clear(): 영속성 컨텍스트를 완전히 초기화 한다.
3. em.close(): 영속성 컨텍스트를 종료한다.

만약 준영속 상태의 엔티티를 다시 영속 상태로 만들어주고 싶다면 merge() 메서드를 호출해서 엔티티를 영속성 컨텍스트에 병합해주면 된다. 

Member mergeMember = em.merge(member);

merge() 메서드의 병합과정을 살펴보자.

public class ExamMergeMain {
  static EntityManagerFactory emf = Persistence.createEntityManagerFactory("jpabook");
  
  public static void main(String args[]) {
    Member member = create member("memberA", "회원1");
    
    member.setUsername("회원명변경"); // 준영속 상태에서 변경
    
    mergeMember(member);
  }
  
  static Member createMember(String id, String username) {
    // 영속성 컨텍스트1 시작
    EntityManager em1 = emf.createEntityManger();
    EntityTransaction tx1 = em1.getTransaction();
    tx1.begin();
    
    Member member = new Member();
    member.setId(id);
    member.setUsername(username);
    
    em1.persist(member);
    tx1.commit();
    
    em1.close(); // 영속성 컨텍스트 종료, member 엔티티는 준영속 상태가 된다.
    
    return member;
  }
  
  static void mergeMember(Member member) {
  	// 영속성 컨텍스트2 시작
    EntityManager em2 = emf.createEntityManger();
    EntityTransaction tx2 = em1.getTransaction();
    
    tx2.begin();
    Member mergeMember = em2.merge(member);
    tx2.commit();
    
    // 준영속 상태
    System.out.println("member = " + member.getUsername());
    
    // 영속 상태
    System.out.println("mergeMember = " + mergeMember.getUsername());
    
    System.out.println("em2 contains member = " + em2.contains(member));
    System.out.println("em2 contains mergeMember = " + em2.contains(mergeMember));
    
    em2.close(); // 영속성 컨텍스트 종료
  }
}

출력 결과는 다음과 같습니다.

member = 회원명변경
mergeMember = 회원명변경
em2 contains member = false
em2 contains mergeMember = true

 

1. createMember() 함수가 실행된 이후에 member 엔티티는 준영속 상태가 되고 DB에는 아래처럼 데이터가 저장되어 있다.

ID	USERNAME
memberA	회원1

2. 이후 member 엔티티의 username을 "회원명변경" 으로 바꾸고 mergeMember() 함수가 실행된다.

3. em2.merge(member) 에 의해서 merge() 메서드가 실행되면 우선 영속성컨텍스트의 1차 캐시에서 엔티티를 찾는다. 그런데 엔티티가 없으면 DB에서 데이터를 읽어와 엔티티를 생성하고 1차 캐시에 저장한다.

4. 앞에서 영속된 엔티티(mergeEntity)에 member 엔티티의 값을 채워넣는다. (member 엔티티의 모든 값을 mergeMember에 밀어 넣는다. 이때 mergeMember의 "회원1"이 "회원명변경"으로 바뀐다.)

5. mergeMember를 반환한다.

 

병합이 끝나고 tx2.commit()을 호출해서 트랜잭션을 커밋했다. mergeMember의 이름이 "회원1"에서 "회원명변경"으로 변경되었으므로 변경 감지 기능이 동작해서 변경 내용을 데이터베이스에 반영한다.

이처럼 merge()는 파라미터로 넘어온 준영속 엔티티를 사용해서 새롭게 병합된 영속상태의 엔티티를 반환한다. 파라미터로 넘어온 엔티티는 병합후에도 준영속 상태로 남아 있다.

 

병합은 비영속 엔티티도 영속 상태로 만들어준다. 병합은 파라미터로 넘어온 엔티티의 식별자 값으로 영속성 컨텍스트를 조회하고 찾는 엔티티가 없으면 데이터베이스에서 조회한다. 만약 데이터베이스에서도 발견하지 못하면 새로운 엔티티를 생성해서 병합한다. 병합은 준영속, 비영속을 신경 쓰지 않는다. 식별자 값으로 엔티티를 조회할 수 있으면 불러서 병합하고 조회할 수 없으면 새로 생성해서 병합한다. 따라서 병합은 save or update 기능을 수행한다.