스프링이나 J2EE 컨테이너 환경에서 JPA를 사용하면 컨테이너가 트랜잭션과 영속성 컨텍스트를 관리해주므로 애플리케이션을 손쉽게 개발할 수 있다. 하지만 컨테이너 환경에서 동작하는 JPA의 내부 동작 방식을 이해하지 못하면 문제가 발생했을 때 해결하기 쉽지 않다. 이번 장을 통해 컨테이너 환경에서 JPA가 동작하는 내부 동작 방식을 이해하고, 컨테이너 환경에서 웹 애플리케이션을 개발할 때 발생할 수 있는 다양한 문제점과 해결 방안을 알아보자.
J2EE (Java 2 Entrerprice Edition)?
J2EE는 자바 기술로 기업환경의 어플리케이션을 만드는데 필요한 스펙들을 모아둔 스펙 집합입니다.
13.1 트랜잭션 범위의 영속성 컨텍스트
- 순수하게 J2SE 환경에서 JPA를 사용하면 개발자가 직접 엔티티 매니저를 생성하고 트랜잭션도 관리해야 한다. 하지만 스프링이나 J2EE 컨테이너 환경에서 JPA를 사용하면 컨테이너가 제공하는 전략을 따라야 한다.
13.1.1 스프링 컨테이너의 기본 전략
- 스프링 컨테이너는 트랜잭션 범위의 영속성 컨텍스트 전략을 기본으로 사용한다. 이 전략은 이름 그대로 트랜잭션의 범위와 영속성 컨텍스트의 생존 범위가 같다는 뜻이다. 이 전략은 트랜잭션을 시작할 때 영속성 컨텍스트를 생성하고 트랜잭션이 끝날 때 영속성 컨텍스트를 종료한다. 그리고 같은 트랜잭션 안에서는 항상 같은 영속성 컨텍스트에 접근한다.
- 스프링 프레임워크를 사용하면 보통 비지니스 로직을 시작하는 서비스 계층에 @Transactional 어노테이션을 선언해서 트랜잭션을 시작한다. 이 어노테이션이 있으면 호출한 메소드를 실행하기 직전에 스프링 트랜잭션 AOP가 먼저 동작한다. 트랜잭션을 커밋하면 JPA는 먼저 영속성 컨텍스트를 플러시해서 변경 내용을 데이터베이스에 반영한 후에 데이터베이스 트랜잭션을 커밋한다. 따라서 영속성 컨텍스트의 변경 내용이 데이터베이스에 정상 반영된다. 만약 예외가 발생하면 트랜잭션을 롤백하고 종료하는데 이때는 플러시를 호출하지 않는다.
- @PersistenceContext 어노테이션을 사용하면 스프링 컨테이너가 엔티티 매니저를 주입해준다.
- 트랜잭션 범위의 영속성 컨텍스트 전략
: 트랜잭션이 같으면 같은 영속성 컨텍스트를 사용한다.
: 트랜잭션이 다르면 다른 영속성컨텍스트를 사용한다.
> 여러 스레드에서 동시에 요청이 와서 같은 엔티티 매니저를 사용해도 트랜잭션에 따라 접근하는 영속성 컨텍스트가 다르다. 스프링 컨테이너는 스레드마다 각각 다른 트랜잭션을 할당한다. 따라서 같은 엔티티 매니저를 호출해도 접근하는 영속성 컨텍스트가 다르므로 멀티스레드 상황에서 안전하다.
> 스프링이나 J2EE 컨테이너의 가장 큰 장점은 트랜잭션과 복잡한 멀티 스레드 상황을 컨테이넡가 처리해준다는 점이다. 따라서 개발자는 싱글 스레드 애플리케이션처럼 단순하게 개발할 수 있고 결과적으로 비지니스 로직 개발에 집중할 수 있다.
13.2 준영속 상태와 지연 로딩
- 조회한 엔티티가 서비스와 리포지토리 계층에서는 영속성 컨텍스트에 관리되면서 영속 상태를 유지하지만 컨트롤러나 뷰 같은 프리젠테이션 계층에서는 준영속 상태가 된다.
- 컨테이너 환경의 기본 전략인 트랜잭션 범위의 영속성 컨텍스트 전략을 사용하면 트랜잭션이 없는 프리젠테이션 계층에서 엔티티는 준영속 상태다. 따라서 변경 감지와 지연 로딩이 동작하지 않는다.
- 준영속 상태와 변경 감지
: 변경 감지 기능은 영속성 컨텍스트가 살아 있는 서비스 계층(트랜잭션 범위)까지만 동작하고 영속성 컨텍스트가 종료된 프리젠테이션 계층에서는 동작하지 않는다.
- 준영속 상태와 지연 로딩
: 연관된 엔티티를 지연 로딩으로 설정해서 프록시 객체로 조회했다고 가정하자. 아직 초기화하지 않은 프록시 객체를 사용하면 실제 데이터를 불러오려고 초기화를 시도한다. 하지만 준영속 상태는 영속성 컨텍스트가 없으므로 지연 로딩을 할 수 없다. 이떄 지연 로딩을 시도하면 문제가 발생한다. 만약 하이버네이터를 구현체로 사용하면 org.hibernate.LazyInitializationException 예외가 발생한다.
준영속 상태에서 지연 로딩을 시도하면 문제가 발생한다. 하지만 JPA 표준에 어떤 문제가 발생하는지 정의하지 않아서 구현체마다 다르게 동작한다.
- 준영속 상태의 지연 로딩 문제를 해결하는 방법은 크게 2가지가 있다.
1) 뷰가 필요한 엔티티를 미리 로딩해두는 방법
: 글로벌 페치 전략 수정
: JPQL 페치 조인 (fetch join)
: 강제로 초기화
2) OSIV를 사용해서 엔티티를 항상 영속 상태로 유지하는 방법
13.2.1 글로벌 페치 전략 수정
- 글로벌 페치 전략을 지연 로딩에서 즉시 로딩으로 변경하면 된다.
- 엔티티에 있는 fetch 타입을 변경하면 애플리케이션 전체에서 이 엔티티를 로딩할 때마다 해당 전략을 사용하므로 글로벌 페치 전략이라 한다.
- 단점:
1) 사용하지 않는 엔티티를 로딩한다.
2) N+1 문제가 발생한다.
: JPA가 JPQL을 분석해서 SQL을 생성할 때는 글로벌 페치 전략을 참고하지 않고 오직 JPQL 잧체만 사용한다. 따라서 즉시 로딩이든 지연 로딩이든 구분하지 않고 JPQL 쿼리 자체에 충실하게 SQL을 만든다. N+1 문제는 JPQL 페치 조인으로 해결할 수 있다.
13.2.2 JPQL 페치 조인
- 글로벌 페치 전략을 즉시 로딩으로 설정하면 애플리케이션 전체에 영향을 주므로 너무 비효율적이다. 이번에는 JPQL을 호출하는 시점에 함께 로딩할 엔티티를 선택할 수 있는 페치 조인을 알아보자. 페치 조인은 N+1 문제를 해결하면서 화면에 필요한 엔티티를 미리 로딩하는 현실적인 방법이다.
- 단점: 페치 조인이 현실적인 대안이긴 하지만 무분별하게 사용하면 화면에 맞춘 리포지토리 메소드가 증가할 수 있다. 결국 프레젠테이션 계층이 알게 모르게 데이터 접근 계층을 침범하는 것이다. 무분별한 최적화로 프리젠테이션 계층과 데이터 접근 계층 간에 의존관계가 급격히 증가하는 것보다는 적절한 선에서 타협점을 찾는 것이 합리적이다.
13.2.3 강제로 초기화
- 강제로 초기화하기는 영속성 컨텍스트가 살아있을 때 프리젠테이션 계층이 필요한 엔티티를 강제로 초기화해서 반환하는 방법이다.
- 아래 예제 처럼 프록시를 초기화하는 역할을 서비스 계층이 담당하면 뷰가 필요한 엔티티에 따라 서비스 계층의 로직을 변경해야 한다. 프리젠테이션 계층이 서비스 계층을 침범하는 상황이다. 서비스 계층은 비지니스 로직을 담당해야지 이렇게 프리젠테이션 계층을 위한 일까지 하는 것은 좋지 않다. 따라서 비지니스 로직을 담당하는 서비스 계층에서 프리젠테이션 계층을 위한 프록시 초기화 역할을 분리해야 한다. FACADE 계층이 그 역할을 담당해줄 것이다.
order.getMember().getName(); // 프록시 객체를 강제로 초기화한다.
// 하이버네이트를 사용하면 initialize() 메소드를 사용해서 프록시를 강제로 초기화할 수 있다.
org.hibernate.Hibernate.initialize(order.getMember()); // 프록시 초기화
// 참고로 JPA 표준에는 프록시 초기화 메소드가 없다. JPA 표준은 단지 초기화 여부만 확인할 수 있다.
PersistenceUnitUtil persistenceUnitUtil = em.getEntityManagerFactory().getPersistenceUnitUtil();
boolean isLoaded = persistenceUnitUitl.isLoaded(order.getMember());
13.2.4 FACADE 계층 추가
- 프리젠테이션 계층과 서비스 계층 사이에 FACADE 계층을 하나 더 두는 방법이다. 이제부터 뷰를 위한 프록시 초기화는 이곳에서 담당한다. 덕분에 서비스 계층은 프리젠테이션 계층을 위해 프록시를 초기화 하지 않아도 된다. 결과적으로 FACADE 계층을 도입해서 서비스 계층과 프리젠테이션 계층 사이에 논리적인 의존성을 분리할 수 있다.
- 프록시를 초기화하려면 영속성 컨텍스트가 필요하므로 FACADE에서 트랜잭션을 시작해야 한다.
- FACADE 계층의 역할과 특징
1) 프리젠테이션 계층과 도메인 모델 계층 간의 논리적 의존성을 분리해준다.
2) 프리젠테이션 계층에서 필요한 프록시 객체를 초기화한다.
3) 서비스 계층을 호출해서 비지니스 로직을 실행한다.
4) 리포지토리를 직접 호출해서 뷰가 요구하는 엔티티를 찾는다.
- FACADE의 최대 단점은 중간에 계층이 하나 더 끼어든다는 점이다. 결국 더 많은 코드를 작성해야 한다. 그리고 FACADE에는 단순히 서비스 계층을 호출하는 위임 코드가 상당히 많을 것이다.
class OrderFacade {
@Autowired
OrderService orderService;
public Order findOrder(id) {
Order order = orderService.findOrder(id);
// 프리젠테이션 계층이 필요한 프록시 객체를 강제로 초기화한다.
order.getMember().getName();
return order;
}
}
class OrderService {
public Order findOrder(id) {
return orderRepository.findOrder(od);
}
}
13.2.5 준영속 상태와 지연 로딩의 문제점
- 뷰를 개발할 때 필요한 엔티티를 미리 초기화하는 방법은 생각보다 오류가 발생할 가능성이 높다. 보통 뷰를 개발할 때는 엔티티 클래스를 보고 개발하지 이것이 초기화되어 있는지 아닌지 확인하기 위해 FACADE나 서비스 클래스까지 열어보는 것은 상당히 번거롭고 놓치기 쉽기 때문이다. 결국 영속성 컨텍스트가 없는 뷰에서 초기화하지 않은 프록시 엔티티를 조회하는 실수를 하게 되고 LazyInitializationException을 만나게 될 것이다.
- 애플리케이션 로직과 뷰가 물리적으로는 나누어져 있지만 논리적으로는 서로 의존한다는 문제가 있다. FACADE 계층에 여러 종류의 조회 메소드가 필요하다.
- 결국 모든 문제는 엔티티가 프리젠테이션 계층에서 준영속 상태이기 때문에 발생한다. 영속성 컨텍스트를 뷰까지 살아있게 열어두자. 그럼 뷰에서도 지연 로딩을 사용할 수 있는데 이것이 OSIV다.
13.3 OSIV
- OSIV(Open Session In View)는 영속성 컨텍스트를 뷰까지 열어둔다는 뜻이다. 영속성 컨텍스트가 살아있으면 엔티티는 영속 상태로 유지된다. 따라서 뷰에서도 지연 로딩을 사용할 수 있다.
OSIV는 하이버네이트에서 사용하는 용어다. JPA에서는 OEIV(Open EntityManager In View)라 한다. 하지만 관례상 모두 OSIV로 부른다.
13.3.1 과거 OSIV: 요청 당 트랜잭션
- OSIV의 핵심은 뷰에서도 지연 로딩이 가능하도록 하는 것이다. 가장 단순한 구현 방법은 클라이언트의 요청이 들어오자마자 서블릿 필터나 스프링 인터셉터에서 트랜잭션을 시작하고 요청이 끝날 때 트랜잭션도 끝내는 것이다. 이것을 요청 당 트랜잭션 방식의 OSIV라 한다.
- 요청이 들어오자마자 서블릿 필터나 스프링 인터셉터에서 영속성 컨텍스트를 만들면서 트랜잭션을 시작하고 요청이 끝날 때 트랜잭션과 영속성 컨텍스트를 함께 종료한다. 이렇게 하면 영속성 컨텍스트가 처음부터 끝까지 살아있으므로 조회한 엔티티도 영속 상태를 유지한다.
- 문제점: 컨트롤러나 뷰 같은 프리젠테이션 계층이 엔티티를 변경할 수 있다는 점이다. 요청당 트랜잭션 방식의 OSIV는 뷰를 렌더링한 후에 트랜잭션을 커밋한다. 트랜잭션을 커밋하면 영속성 컨텍스트를 플러시한다. 이때 영속성 컨텍스트의 변경 감지 기능이 작동해서 변경된 엔티티를 데이터베이스에 반영해버린다.
- 프리젠테이션 계층에서 엔티티를 수정하지 못하게 막는 방법들
1) 엔티티를 읽기 전용 인터페이스로 제공
: 프리젠테이션 계층은 읽기 전용 메소드만 있는 인터페이스를 사용하므로 엔티티를 수정할 수 없다.
interface MemberView {
public String getName();
}
@Entity
class Member implements MemberView {
...
}
class MemberService {
public MemberView getMember(id) {
return memberRepository.findById(id);
}
}2) 엔티티 래핑
: 엔티티의 읽기 전용 메소드만 가지고 있는 엔티티를 감싼 객체를 만들고 이것을 프리젠테이션 계층에 반환하는 방법이다.
class MemberWrapper {
private Member member;
public MemberWrapper(member) {
this.member = memeber;
}
// 읽기 전용 메소드만 제공
public String getNmae() {
member.getName();
}
}3) DTO만 반환
: 가장 전통적인 방법인데 프리젠테이션 계층에 엔티티 대신에 단순히 데이터만 전달하는 객체인 DTO(Dtat transfer object)를 생성해서 반환하는 것이다. 하지만 이 방법은 OSIV를 사용하는 장점을 살릴 수 없고 엔티티를 거의 복사한 듯한 DTO 클래스도 하나 더 만들어야 한다.
class MemberDTO {
private String name;
// Getter, Setter
}
...
MemberDTO memberDTO = new MemberDTO();
memberDTO.setName(member.getName());
return memberDTO;- 지금까지 설명한 OSIV는 요청 당 트랜잭션 방식의 OSIV다. 여러 문제점들로 인해 이를 보완한 비지니스 계층에서만 트랜잭션을 유지하는 방식의 OSIV를 사용한다. 스프링 프레임워크가 제공하는 OSIV가 바로 이 방식을 사용하는 OSIV다.
13.3.2 스프링 OSIV: 비지니스 계층 트랜잭션
- 스프링 프레임워크의 spring-orm.jar는 다양한 OSIV 클래스를 제공한다. OSIV를 서블릿 필터에서 적용할지 스프링 인터셉터에서 제공할지에 따라 원하는 클래스를 선택해서 사용하면 된다.
1) 하이버네이트 OSIV 서블릿 필터: org.springframework.orm.hibernate4.support.OpenSessionInViewFilter
2) 하이버네이트 OSIV 스프링 인터셉터: org.springframework.orm.hibernate4.support.OpenSessionInViewInterceptor
3) JPA OEIV 서블릿 필터: org.springframework.orm.jpa.support.OpenEntityManagerInViewFilter
4) JPA OEIV 스프링 인터셉터: org.springframework.orm.jpa.support.OpenEntityMangerInViewInterceptor
- 스프링 OSIV 분석
: 요청 당 트랜잭션 방식의 OSIV는 프리젠테이션 계층에서 데이터를 변경할 수 있다는 문제가 있다. 스프링 프레임워크가 제공하는 OSIV는 "비지니스 계층에서 트랜잭션을 사용하는 OSIV"다. OSIV를 사용하기는 하지만 트랜잭션은 비지니스 계층에서만 사용한다는 뜻이다.
: 클라이언트의 요청이 들어오면 영속성 컨텍스트를 생성한다. 이때 트랜잭션은 시작하지 않는다. 서비스 계층에서 트랜잭션을 시작하면 앞에서 생성해둔 영속성 컨텍스트에 트랜잭션을 시작한다. 비지니스 로직을 실행하고 서비스 계층이 끝나면 트랜잭션을 커밋하면서 영속성 컨텍스트를 플러시한다. 이때 트랜잭션만 종료하고 영속성 컨텍스트는 살려둔다. 이후 클라이언트의 요청이 끝날 때 영속성 컨텍스트를 종료한다.
- 트랜잭션 없이 읽기
: 영속성 컨텍스트를 통한 모든 변경은 트랜잭션 안에서 이루어져야 한다. 만약 트랜잭션 없이 엔티티를 변경하고 영속성 컨텍스트를 플러시하면 javax.persistence.TransactionRequiredException 예외가 발생한다.
- 엔티티를 변경하지 않고 단순히 조회만 할 때는 트랜잭션이 없어도 되는데 이것을 트랜잭션 없이 읽기(Nontransactional reads)라 한다.
- 스프링이 제공하는 OSIV를 사용하면 프리젠테이션 계층에서는 트랜잭션이 없으므로 엔티티를 수정할 수 없다. 따라서 프리젠테이션 계층에서 엔티티를 수정할 수 있는 기존 OSIV의 단점을 보완했다. 그리고 트랜잭션 없이 읽기를 사용해서 프리젠테이션 계층에서 지연 로딩 기능을 사용할 수 있다.
- 스프링이 제공하는 비지니스 계층 트랜잭션 OSIV
1) 영속성 컨텍스트를 프리젠테이션 계층까지 유지한다.
2) 프리젠테이션 계층에는 트랜잭션이 없으므로 엔티티를 수정할 수 없다.
3) 프리젠테이션 계층에는 트랜잭션이 없지만 트랜잭션 없이 읽기를 사용해서 지연 로딩을 할 수 있다.
- 프리젠테이션 계층에서 플러시가 동작하지 않는 이유
1) 영속성 컨텍스트의 변경 내용을 데이터베이스에 반영하려면 영속성 컨텍스트를 플러시해야 한다. 하지만 트랜잭션을 사용하는 서비스 계층이 끝날 때 트랜잭션이 커밋되면서 이미 플러시해버렸다. 그리고 스프링이 제공하는 OSIV 서블릿 필터나 OSIV 스프링 인터셉터는 요청이 끝나면 플러시를 호출하지 않고 em.close()로 영속성 컨텍스트만 종료해 버리므로 플러시가 일어나지 않는다.
2) 프리젠테이션 계층에서 em.flush()를 호출해서 강제로 플러시해도 트랜잭션 범위 밖이므로 데이터를 수정할 수 없다는 javax.persistence.TransacitonRequiredException: no transaction is in progress 예외를 만난다.
- 스프링 OSIVS 주의 사항
: 프리젠테이션 계층에서 엔티티를 수정한 직후에 트랜잭션을 시작하는 서비스 계층을 호출하면 문제가 발생한다. 컨트롤러에서 엔티티를 수정하고 즉시 뷰를 호출한 것이 아니라 트랜잭션이 동작하는 비지니스 로직을 호출했으므로 이런 문제가 발생한다. 문제를 해결하는 단순한 방법은 트랜잭션이 비지니스 로직을 모두 호출하고 나서 엔티티를 변경하면 된다.
: 스프링 OSIV는 같은 영속성 컨텍스트를 여러 트랜잭션이 공유할 수 있으므로 이런 문제가 발생한다. OSIV를 사용하지 않는 트랜잭션 범위의 영속성 컨텍스트 전략은 트랜잭션의 생명주기와 영속성 컨텍스트의 생명주기가 같으므로 이런 문제가 발생하지 않는다.
13.3.3 OSIV 정리
- 스프링 OSIV의 특징
: OSIV는 클라이언트 요청이 들어올 때 영속성 컨텍스트를 생성해서 요청이 끝날 때까지 같은 영속성 컨텍스트를 유지한다. 따라서 한 번 조회한 엔티티는 요청이 끝날 때까지 영속 상태를 유지한다.
: 앤티티 수정은 트랜잭션이 있는 계층에서만 동작한다. 트랜잭션이 없는 프리젠테이션 계층은 지연 로딩을 포함해서 조회만 할 수 있다.
- 스프링 OSIV의 단점
1) OSIV를 적용하면 같은 영속성 컨텍스트를 여러 트랜잭션이 공유할 수 있다는 점을 주의해야 한다. 특히 트랜잭션 롤백 시 주의해야 한다.
2) 프리젠테이션 계층에서 엔티티를 수정하고나서 비지니스 로직을 수행하면 엔티티가 수정될 수 있다.
3) 프리젠테이션 계층에서 지연 로딩에 의한 SQL이 실행된다. 따라서 성능 튜닝 시에 확인해야 할 부분이 넓다.
- OSIV vs FACADE vs DTO
: 어떤 방법을 사용하든 OSIV를 사용하는 것과 비교해서 지루한 코드를 많이 작성해야 한다.
- OSIV를 사용하는 방법이 만능은 아니다
: 엔티티를 직접 조회하기보다 JPQL로 필요한 데이터들만 조회해서 DTO로 반환하는 것이 더 나은 해결책일 수 있다.
- OSIV는 같은 JVM을 벗어난 원격 상황에서는 사용할 수 없다
: 엔티티는 생각보다 자주 변경된다. 엔티티를 JSON 변환 대상 객체로 사용하면 엔티티를 변경할 때 노출하는 JSON API도 함께 변경된다. 따라서 외부 API는 엔티티를 직접 노출하기보다는 엔티티를 변경해도 완충 역할을 할 수 있는 DTO로 변환해서 노출하는 것이 안전하다. 내부 API는 엔티티를 변경해도 클라이언트와 서버를 동시에 수정할 수 있어서 실용적인 관점에서 엔티티를 직접 노출하는 방법도 괜찮다고 생각한다.
: 외부 API - 외부에 노출, 한 번 정의하면 변경이 어렵다. 서버와 클라이언트를 동시에 수정하기 어렵다.
ex) 타팀과 협업하기 위한 API, 타 기업과 협업하는 API
: 내부 API - 외부에 노출하지 않는다. 언제든지 변경할 수 있다. 서버와 클라이언트를 동시에 수정할 수 있다.
ex) 같은 프로젝트에 있는 화면을 구성하기 위한 AJAX 호출
13.4 너무 엄격한 계층
- 컨트롤러에서 리포지토리를 직접 접근한다.
13.5 정리
- 스프링이나 J2EE 컨테이너 환경에서 JPA를 사용하면 트랜잭션 범위의 영속성 컨텍스트 전략이 적용된다. 이 전략은 트랜잭션의 범위와 영속성 컨텍스트의 생존 범위가 같다. 그리고 같은 트랜잭션 안에서는 항상 같은 영속성 컨텍스트에 접근한다. 이 전략은 트랜잭션이라는 단위로 영속성 컨텍스트를 관리하므로 트랜잭션을 커밋하거나 롤백할 때 문제가 없다. 이 전략의 유일한 단점은 프리젠테이션 계층에서 엔티티가 준영속 상태가 되므로 지연 로딩을 할 수 없다는 점이다.
- OSIV를 사용하면 이런 문제들을 해결할 수 있다. 기존 OSIV는 프리젠테이션 계층에서도 엔티티를 수정할 수 있다는 단점이 있었다. 스프링 프레임워크가 제공하는 OSIV는 기존 OSIV의 단점들을 해결해서 프리젠테이션 계층에서 엔티티를 수정하지 않는다.
- 다음 장에서는 JPA가 지원하는 컬렉션과 JPA의 다양한 부가 기능을 다룬다.
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