Spring Thread, Transaction, Connection 관계

📎  Spring Thread, Transaction, Connection 관계

안녕하세요, 최근 토비의 스프링 도서로 스터디 중 아래와 비슷한 질문이 있었습니다.

 

"트랜잭션이 새로 생성될 때 스레드가 새로 생성될까요?"

 

이와 관련하여 아래의 관계들에 대해 간략히 정리해보고자 합니다.

(관련 코드는 GitHub에서 확인할 수 있습니다. 🐝 )

• Thread per transaction vs One thread for serveral transaction
• Thread per connection vs One thread for all connections

틀린 내용이 존재할 수 있으니 이러한 부분에서는 피드백 주시면 감사하겠습니다. 😂

(※ 해당 포스팅은 https://truehong.tistory.com/140 블로그를 참고하여 작성하였습니다.)

 

 

Thread per transaction vs One thread for serveral transaction

먼저 하나의 스레드에서 하나의 트랜잭션을 관리하는지 혹은 하나의 스레드에서 여러개의 트랜잭션을 관리하는지 간단한 예제를 통해 살펴보겠습니다.

 

@Service
@RequiredArgsConstructor
public class OuterService {
 
    private final InnerService innerService;
 
    @Transactional
    public void outerMethod() {
        System.out.println("=========================================");
        System.out.println(Thread.currentThread().getId() + ", " + Thread.currentThread().getName());
        System.out.println("=========================================");
        innerService.innerMethod();
    }
 
}
 
 
@Service
public class InnerService {
 
    /* 새로운 트랜잭션 생성 */
    @Transactional(propagation = Propagation.REQUIRES_NEW)
    public void innerMethod() {
        System.out.println("=========================================");
        System.out.println(Thread.currentThread().getId() + ", " + Thread.currentThread().getName());
        System.out.println("=========================================");
    }
}
 
 
...
 
@Test
void transactionNewTest() {
    outerService.outerMethod();
}
 
 

결과를 확인해보면 트랜잭션을 새로 생성했으나 스레드의 id, name이 동일한것으로 보아 하나의 스레드에서 여러 개의 트랜잭션을 관리하는 것을 확인할 수 있습니다.

 

하나의 스레드에서 여러 트랜잭션을 관리하기 때문에 위 코드에서 새로운 트랜잭션이 생성되는 InnerService에서 예외가 발생하여 롤백이 된다면, 상위 트랜잭션인 OuterService에서도 롤백이 된다는 것을 예측할 수 있습니다.

@Service
@RequiredArgsConstructor
public class OuterService {
 
    private final InnerService innerService;
    private final ItemRepository itemRepository;
 
    @Transactional
    public void outerMethod() {
        System.out.println("=========================================");
        System.out.println(Thread.currentThread().getId() + ", " + Thread.currentThread().getName());
        System.out.println("=========================================");
 
        itemRepository.addCount("item", 0);
 
        innerService.innerMethod();
 
        // 롤백 되어서 실행 안됨
        itemRepository.print();
    }
 
}
 
 
@Service
@RequiredArgsConstructor
public class InnerService {
 
    private final ItemRepository itemRepository;
 
    @Transactional(propagation = Propagation.REQUIRES_NEW)
    public void innerMethod() {
        System.out.println("=========================================");
        System.out.println(Thread.currentThread().getId() + ", " + Thread.currentThread().getName());
 
        itemRepository.addCount("item", 5);
 
        throw new RuntimeException();
    }
 
}
 
 
@Repository
public class ItemRepository {
 
    private Map<String, Integer> item = new HashMap<>();
 
    public void addCount(String name, Integer count) {
        item.put(name, count);
    }
 
    public void print() {
        System.out.println(item);
    }
 
}
 
 
@SpringBootTest
class OuterServiceTest {
 
    @Autowired
    private OuterService outerService;
 
    @Autowired
    private InnerService innerService;
 
    @Test
    void transactionNewTest() {
        outerService.outerMethod();
    }
}
 

InnerService에서 강제적으로 예외를 발생시켜 확인해보면 OuterService 에서도 itemRepository.save() 메서드가 실행되지 않고 종료되는 것을 확인할 수 있습니다.

 

 

How to manage thread per transaction

그렇다면 새로운 트랜잭션에서 새로운 스레드로 관리하고자 하려면 어떻게 해야할까요?

간단한 방법으로는 비동기인 @Async 어노테이션을 추가하면 되긴하나 권장하는 방법은 아닌 듯 합니다.

예제에서는 트랜잭션을 새로 생성하는(REQUIRES_NEW)를 설정한 InnerService 클래스의 메서드에 설정하면 됩니다.

    @Transactional(propagation = Propagation.REQUIRES_NEW)
    public void innerMethod() {
        System.out.println("=========================================");
        System.out.println(Thread.currentThread().getId() + ", " + Thread.currentThread().getName());
 
        itemRepository.addCount("item", 5);
 
        throw new RuntimeException();
    }

위와 같이 @Async 어노테이션을 설정하고 테스트해보면 InnerService에서 예외가 발생하여 롤백하지만, OuterService에는 전파가 되지 않고(롤백되지않고) 실행되는 것을 확인할 수 있습니다.

 

 

Thread per connection vs one thread for all connections

스프링이 제공하는 트랜잭션 추상화 계층구조는 아래와 같은데요, PlatformTransactionManager 인터페이스를 구현하는 방식으로 JtaTransactionManager, JpaTransactionManager, DataSourceTransactionManager(Jdbc), HibernateTransactionManager 등의 구현체들이 존재합니다.

 

 

스프링의 경우 멀티스레드 기반으로 스프링 트랜잭션은 하나의 스레드당 여러 커넥션을 사용하는데요, Jdbc 기반의 트랜잭션을 처리할 때 사용하는 DataSourceTransactionManager 클래스의 문서에서 확인할 수 있습니다.

Binds a JDBC Connection from the specified DataSource to the current thread, potentially allowing for one thread-bound Connection per DataSource.

DataSource로 부터 현재 스레드에 JDBC Connection을 바인딩하여 잠재적으로 DataSource 당 하나의 스레드 연결합니다.

 

즉, 하나의 스레드당 여러 커넥션(여기선 최초 커넥션풀인 DataSource에 설정된 커넥션만큼, 스프링부트 2.0 이상에선 HikariCP)을 바인딩하여 사용하는 듯 합니다.

 

아래 설정을 통해 커넥션풀의 상태를 확인할 수 있습니다.

 

-- application.yml
logging:
  level:
    com.zaxxer.hikari: TRACE
    com.zaxxer.hikari.HikariConfig: DEBUG
 
 
-- application.properties
logging.level.com.zaxxer.hikari=TRACE
logging.level.com.zaxxer.hikari.HikariConfig=DEBUG
 

 

위 사진에서 총 10개의 커넥션을 풀에 추가를 해놓는데, 이는 HikariCP의 default 값 입니다.

추가적으로 다른 디폴트 값들이 궁금하면 HikariCP를 참고해주세요.

 

 

why one thread for all connections?

그럼 왜 하나의 스레드에 여러 커넥션을 사용할까요? 어찌보면 당연한 질문일 수 있지만, 아무래도 커넥션 당 스레드를 생성하는 것은 매우 매우 비효율적일텐데요, 예를 들어 커넥션이 10,000이라면 스레드도 10,000개가 되기때문에 매우 많은 오버헤드가 있을 듯 합니다.

 

이와 관련하여 stackoverflow에 답변이 나와있는데요, 요약하자면 다음과 같습니다.

1. Stack memory 절약 - Non-blocking IO saves the stack memory
2. 부하가 높을 때 Context Switching 및 커널 전환 감소

하나의 스레드에 여러 커넥션을 사용하는 이유는 사실상 Stack memory를 절약하고자 하는 이유가 99%정도라고 합니다.

 

이를 프로세스 및 스레드의 개념에 빗대어보면.. 스레드는 프로세스 내에서 Stack만 따로 할당을받고 그 외의 영역은 공유가 가능한 영역인데 이로 인해 스레드가 늘어날수록 공유가 불가능한 Stack 메모리가 계속해서 증가하기 때문이 아닐까 생각을합니다.

 

 

References

• https://truehong.tistory.com/140
• https://stackoverflow.com/questions/48019034/thread-per-connection-vs-one-thread-for-all-connections-in-java
• https://stackoverflow.com/questions/39933929/why-thead-per-multiple-connections-model-is-considered-better-than-thread-per-co
• https://stackoverflow.com/questions/9267815/does-the-spring-transaction-manager-bind-a-connection-to-a-thread
• https://stackoverflow.com/questions/63104436/what-is-the-meaning-of-potentially-allowing-for-one-thread-bound-connection-per
• https://docs.spring.io/spring-framework/docs/current/javadoc-api/org/springframework/jdbc/datasource/DataSourceTransactionManager.html