영속성 컨텍스트

영속성 컨텍스트란, java의 GC나 스프링의 빈 팩토리와 같이 DB 데이터관리를 이관하고 더불어 DB를 마치 메모리 DB를 이용하듯 객체화 시켜준다. 또한 이러한 정보는 객체와 마찬가지로 생명주기를 가지고 있다. 이런 생명주기는 4가지로 존재한다.

• 비영속(new/transient) : 영속성 컨텍스트와 전혀 관계 없는 상태
• 영속(managed) : 영속성 컨텍스트에 저장된 상태
• 준영속(detached) : 영속성 컨텍스트에 저장되었다가 분리된 상태
• 삭제(removed) : 삭제된 상태

아래의 예제 소스를 보며 다시 확인해 보자

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// 비영속 상태 (new)
Member member = new Member();
member.setId(1L);
member.setName("HelloA");

//영속 상태 (managed)
em.persist(member);
Member findMemeber = em.find(Member.class, 1L);

//준 영속상태(detached)
em.detach(findMemeber);

//삭제 (remove)
em.remove(findMemeber);em.remove(member);

비영속 상태

순수한 객체 상태이며 영속성 컨텍스트나 데이터베이스와 관련없는 상태를 말한다. 때문에 JPA에서 지원하는 기능을 전혀 이용 할 수 없다.

영속 상태

생성한 객체를 연속성 컨텍스트가 관리 할 수 있도록 영속성 컨텍스트에 저장했다. 영속성 컨텍스트가 관리한다는 의미는 해당 객체가 변화하면 그에 따라 JPA가 감지하여 DB와 동기화를 진행 할 수 있다는 의미다.

준영속

영속성 컨텍스트가 관리 중인 객체를 영속성 컨텍스트의 관리 범위에서 제외시킨다는 의미다. 한마디로 영속성 컨텍스트가 관리하지 않으면 이상태라고 할 수 있다.

삭제

엔티티를 영속성 컨텍스트와 데이터베이스에서 삭제한다.

영속성 컨텍스트 특징

영속 상태는 식별자 값이 반드시 있어야 한다. 트랜젝션을 커밋하는 순간 영속성 컨텍스트는 DB와 동기화 작업을 진행한다. 영속성 컨텍스트를 이용하면 아래와 같은 장점이 있다.

• 1차 캐시
• 동일성 보장
• 트랜잭션을 지원하는 쓰기 지연
• 변경감지
• 지연로딩

엔티티 조회 (1차 캐시, 동일성 보장)

영속성 컨텍스트는 내부에 캐시를 가지고 있는데 이것을 1차 캐시라 한다. 영속 상태의 엔티티는 모두 이곳에 저장된다. 쉽게 표현해서 영속성 컨텍스트 내부에는 map이 있으며, 키는 @id로 매핑된 식별자이며, 값은 엔티티 인스턴스이다. 1차 캐시의 키는 식별자 값이다. 그리고 식별자 값은 데이터베이스 기본 키와 매핑되어 있다. 따라서 영속성 컨텍스트에 데이터를 저장하고 조회하는 모든 기준 은 데이터베이스 기본 키 값이다.

1차 캐시의 성능상 이점

em.find(Member.class, id)로 엔티티를 조회하면 1차 캐시에서 먼저 조회를 하고 없으면 DB에서 조회를 한다. 바로 DB에서 조회하는것이 아니기 때문에 DB 커넥팅에 따른 비용이 발생하지 않을 수 있다. 1차 캐시에 없어서 DB에서 조회할 경우 DB에서 조회된 내용이 영속성 컨텍스트의 1차 캐시에 저장된뒤 엔티티가 반환된다. 다음에 똑같은 엔티티를 호출할 경우 성능상 이점을 누릴 수 있도록 하기 위함이다.

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public void logic(EntityManager em) {

        Member member = new Member();
        member.setId(101L);
        member.setName("HelloJPA");

        em.persist(member);

        Member findMemeber = em.find(Member.class,101L); // 1차 캐시 사용
        System.out.println(String.format("findMemeber.id = %s",findMemeber.getId()));
        System.out.println(String.format("findMemeber.name = %s",findMemeber.getName()));

    }

1차 캐시의 동일성 보장

Jdbc API로 직접 Member 테이블에서 ID 1인 row를 객체화하는 경우를 생각해보자. 총 두번 조회하고 각각을 a, b 라는 참조변수가 참조하도록 하였다. 이때 a == b(동등성 비교) 의 결과값은 어떻게 될까? Jdbc API를 통해 생성되는 인스턴스는 그때마다 서로 다른 주소값을 가진 인스턴스를 반환하기 때문에 false가 반환된다.

반면에 EntityManager를 통해 반환하는 객체는 영속성 컨텍스트 내부의 1차 캐시에 저장된 객체를 반환하기 때문에 항상 참조값이 동일한 객체를 반환한다.

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ppublic void logic(EntityManager em) {

        Member member = new Member();
        member.setId(101L);
        member.setName("HelloJPA");

        em.persist(member);

        Member findMemeber1 = em.find(Member.class,101L); // 1차 캐시 사용
        Member findMemeber2 = em.find(Member.class,101L); // 1차 캐시 사용

        System.out.println(member == findMemeber1);
        System.out.println(findMemeber1 == findMemeber2);

    }

member를 1차 캐시에 등록하였다. 그리고 1차 캐시에서 값을 가져온 후 두 값을 비교해본다. 신기하게 같은 참조값이 같다.

엔티티 등록 (쓰기 지연)

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)이라 한다.

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public static void main(String[] args) {

        //하나만 생성 ( DB당 )
        EntityManagerFactory emf = Persistence.createEntityManagerFactory("study");

        //프랜젝션 단위별로 manager 생성 (쓰레드간에 공유 금지)
        EntityManager em = emf.createEntityManager();

        // 트렌젠션 안에서 데이터 처리
        EntityTransaction tx = em.getTransaction();
        tx.begin();

        try {

            Member member1 = new Member(150L , "A");
            Member member2 = new Member(160L , "B");

            em.persist(member1);
            em.persist(member2);

            System.out.println("============이선 이후로 DB에 반영한다===============");

            // 쿼리 적용
            tx.commit();

        } catch (Exception e) {
            tx.rollback();
        } finally {
            em.close();
        }
    }

em.persist(member1)를 하는 순간 member1 영속화 한다. 그리고 동시에 쓰기 지연 SQL 저장소에 INSERT SQL문을 생성하여 저장한다.

그리고 tx.commit() 을 한다. 트랜잭션을 커밋하면 엔티티 매니저는 우선 영속성 컨텍스트를 플러시한다. 플러시는 영속성 컨텍스트의 변 경 내용을 데이터베이스에 동기화하는 작업인데 이때 등록, 수정, 삭제한 엔티티를 데이터베이스에 반영한다. 좀 더 구체적으로 이야기하면 쓰기 지연 SQL 저장소에 모인 쿼리를 데이터베이스에 보낸다. 이렇게 영속성 컨텍스트의 변경 내용을 데이터베이스에 동기화한 후에 실제 데이터베이스 트랜잭션을 커밋한다.

엔티티 수정 (변경 감지)

만약 SQL문을 직접 다룬다면 수정이 필요할 때마다 SQL문을 추가로 작성해줘야하는 번거로움이 있고, 어플리케이션의 복잡성을 증가시키는 요소가 된다. 하지만 JPA로 엔티티를 수정할 때는 단순히 엔티티를 조회해서 데이터만 변경하면 된다.

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public static void main(String[] args) {

        //하나만 생성 ( DB당 )
        EntityManagerFactory emf = Persistence.createEntityManagerFactory("study");

        //프랜젝션 단위별로 manager 생성 (쓰레드간에 공유 금지)
        EntityManager em = emf.createEntityManager();

        // 트렌젠션 안에서 데이터 처리
        EntityTransaction tx = em.getTransaction();
        tx.begin();

        try {

            Member member1 = new Member(150L , "A");
            em.persist(member1);

            em.flush();
            em.clear();
            System.out.println("============DB에 반영 완료===============");

            Member findMember = em.find(Member.class, 150L);
            findMember.setName("zzzzz");

            // 쿼리 적용(변경 감지)
            tx.commit();

        } catch (Exception e) {
            tx.rollback();
        } finally {
            em.close();
        }
    }

위와 같이 코드를 실행하고 DB를 조회하면 MEMBER 테이블의 ID 150L인 row의 username는 zzzzz로 변경되어있다.

update 메소드 없이 엔티티의 내용만 바꾸면 된다니, 어떻게 가능한 걸까? 엔티티의 변경사항을 데이터베이스에 자동으로 반영하는 기능을 변경 감지(dirty checking)라 한다. 변경 감지가 작동하는 매커니즘은 다음과 같다.

em.persist(member) 를 호출하면 영속성 컨텍스트 1차 캐시에 저장이 되는데, 이때 최초 상태를 복사해서 저장해두는 스냅샷을 함께 저장한다.
트랙잭션을 커밋 transaction.commit() 하는 시점에 내부 스냅샷과 엔티티를 비교하는 플러시 작업을 한다.
플러시 작업 : 스냅샷과 엔티티를 비교해서 변경된 내용을 찾는다.
변경된 내용에 대한 수정 쿼리(UPDATE SQL)문을 쓰기 지연 SQL 저장소에 저장한다.
쓰기 지연 SQL 저장소와 DB를 플러쉬하여 비교한다.
DB에 트랜잭션을 커밋한다.

이러한 변경감지는 영속성 컨텍스트가 관리하는 영속 상태인 엔티티에만 적용된다.

이러한 변경감지가 엔티티를 변경할 때마다 일어난다고 착각하기 쉽지만, 다시 한번 강조하자면 트랜잭션을 커밋하는 순간에 변경감지가 일어나 내부적으로 플러시 작업이 일어나는 것이다.

UPDATE SQL 이때 쓰기 지연 SQL 지정소에 생성되는 UPDATE SQL 문이 변경된 내용만 반영하는 SQL문일거라고 생각할 수 있지만 모든 칼럽을 업데이트하는 SQL문이 생성되고, value에 들어가는 인자만이 바뀐 내용을 반영하게끔 되어있다. 이러한 방법을 정적 수정 쿼리라고 한다.

정적 수정 쿼리를 사용하는 이유는 다음과 같다.

1. 모든 필드를 사용하면 수정 쿼리가 항상 같기 때문에 애플리케이션 로딩 시점에 수정 쿼리를 미리 생성해두고 재사용할 수 있다. 동적으로 매번 SQL문을 생성하는 것보다 성능상 이점을 얻을 수 있다.
2. 데이터베이스에 동일한 쿼리를 보내면 데이터베이스는 이전에 한 번 파싱된 쿼 리를 재사용할 수 있다. DB 단에서도 성능상 이점을 얻을 수 있다.

하지만 매핑된 칼럼이 많은 엔티티라면 모든 칼럼을 업데이트하는 방법은 오히려 성능을 악화시키는 방법일 것이다. 이럴때는 수정된 데이터만 사용해서 동적으로 UPDATE SQL을 생성하는 전략을 선택하면 된다.

하이버네이트 확장 기능을 사용해야 한다.

@org.hibernate.annotations.DynamicUpdate

이렇게 @org.hibernate.annotations.DynamicUpdate 어노테이션을 사용하면 수정된 데이터만 사용해서 동적으로 UPDATE SQL을 생성한다. 참고로 데이터를 저장할 때 데이터가 존재하는(null이 아닌) 필드만으로 INSERT SQL을 동적으로 생성하는 @DynamicInsert도 있다.

엔티티 삭제

엔티티를 삭제하려면 먼저 삭제 대상 엔티티를 조회해야 한다.

//삭제 대상 엔티티 조회 Member memberA = em.find(Member.class, 150L); em.remove(memberA); //엔티티 삭제 em.remove()에 삭제 대상 엔티티를 넘겨주면 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.

반면에 em.remove(memberA)를 호출하는 순간 memberA는 영속성 컨텍스트에서 제거된다. 이렇게 삭제된 엔티티는 재사용하지 말고 자연스럽게 가비지 컬렉션의 대상이 되도록 두는 것이 좋다.

플러시 (flush)

영속성 컨텍스트의 내용와 DB의 내용을 비교하여 변경 사항을 적용하는 역할을 한다.

플러시의 동작 플러시는 구체적으로 다음과 같이 동작한다.

변경 감지가 동작해서 영속성 컨텍스트에 있는 모든 엔티티를 스냅샷과 비교해서 수정된 엔티티를 찾는다. 수정된 엔티티는 수정 쿼리를 만들어 쓰기 지연 SQL 저장소에 등록한다. 쓰기지연SQL저장소의 쿼리를 데이터베이스에 전송한다(등록,수정,삭제쿼리). 플러시 시행 방법 영속성 컨텍스트를 플러시하는 방법은 3가지다.

em.flush()를 직접 호출한다. 트랜잭션 커밋 시 플러시가 자동 호출된다. JPQL 쿼리 실행 시 플러시가 자동 호출된다. em.flush() 직접 엔티티 매니저를 플러시하는 방법은 트랜잭션을 이용하는 의미를 퇴색히키기 때문에 잘 사용하지 않는다. 테스트나 다른 프레임워크와 JPA를 함께 사용할 때나 사용한다.

트랜잭션 커밋 가장 일반적인 경우다. 영속성 컨텍스트를 플러시 하지 않고 커밋하게 되면 DB에 어떤 변화도 발생하지 않는다. 이러한 일을 방지하고자 자동으로 트랜잭션 커밋시 플러시가 실행 되도록 하였다.

JPQL 시행 JPQL이나 Criteria같은 객체지향 쿼리를 호출할 때도 플러시가 실행된다.

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public static void main(String[] args) {

    //하나만 생성 ( DB당 )
    EntityManagerFactory emf = Persistence.createEntityManagerFactory("study");

    //프랜젝션 단위별로 manager 생성 (쓰레드간에 공유 금지)
    EntityManager em = emf.createEntityManager();

    // 트렌젠션 안에서 데이터 처리
    EntityTransaction tx = em.getTransaction();
    tx.begin();

    try {
        em.persist(new Member(150L, "A"));
        em.persist(new Member(151L, "B"));
        em.persist(new Member(152L, "C"));

        System.out.println("====================");

        List<Member> member_m = em.createQuery("select m from TMember m", Member.class).getResultList();
        System.out.println("member.size = " + member_m.size());

        // 쿼리 적용
        tx.commit();

    } catch (Exception e) {
        tx.rollback();
    } finally {
        em.close();
        emf.close();
    }
}

객체들은 영속성 컨텍스트에 있지만 아직 플러시가 되지 않았기 때문에 DB에는 없는 상태이다. 이때 만약 JPQL로 Member 객체를 모두 조회한다면 플러시가 되지 않은 상태이므로 어떠한 반환값도 얻을 수 없을 것이다. 이러한 일을 방지하기 위해 JPQL을 시행하는 순간에 플러시가 되고, 덕분에 JPQL은 의도한 결과값을 얻을 수 있게 된다.

플러시 모드 옵션
어떤 경우에 플러시를 할지 설정할 수 있도록 도와주는 옵션이 있다.

javax.persistence.FlushModeType를 이용하는데, 옵션은 다음의 두 가지이다.

• FlushModeType.AUTO: 커밋이나 쿼리를 실행할 때 플러시(기본값)
• FlushModeType.COMMIT: 커밋할 때만 플러시

자바 코드에서 설정한다.

em.setFlushMode(FlushModeType.COMMIT)

플러시 모드를 별도로 설정하지 않으면 AUTO로 동작한다. 따라서 트랜잭션 커 밋이나 쿼리 실행 시에 플러시를 자동으로 호출한다.

준영속

영속성 컨텍스트가 관리하는 영속 상태의 엔티티가 영속성 컨텍스트에서 분리 된(detached) 것을 준영속 상태라 한다. 따라서 준영속 상태의 엔티티는 영속성 컨텍스트가 제공하는 기능을 사용할 수 없다.

영속된 엔티티를 준영속 상태로 만드는 방법은 세가지이다.

em.detach(entity): 특정 엔티티만 준영속 상태로 전환한다.
em.clear(): 영속성 컨텍스트를 완전히 초기화한다.
em.close(): 영속성 컨텍스트를 종료한다.

엔티티 삭제와의 차이

엔티티 삭제(em.remove()) 와는 차이가 명확하다. 엔티티 삭제는 DELETE SQL문을 지연 쓰기 SQL 저장소에 등록하고 영속성 컨텍스트에서 엔티티를 삭제하는 것이다.

반면 엔티티 비영속화는 해당 엔티티 관련 INSERT, UPDATE SQL문을 지연 쓰기 SQL 저장소에서 삭제하고, 영속성 컨텍스트에서 엔티티를 삭제하는 것이다.

detach()

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public void testDetached() {
...
//회원 엔티티 생성, 비영속 상태
Member member = new Member();
member.setId("memberA");
member.setUsername("회원A");

//회원 엔티티 영속 상태
em.persist(member);
//회원 엔티티를 영속성 컨텍스트에서 분리, 준영속 상태
em.detach(member);

transaction.commit(); //트랜잭션 커밋
}

엔티티 memberA를 생성한 뒤 영속성하고, 그 다음 준영속 상태로 만들었다. 준영속 상태로 만든 순간 영속성 컨텍스트의 1차 캐시와 지연 쓰기 SQL 저장소에서 엔티티 관련 정보가 삭제된다. 이 경우에는 memberA 관련 INSERT SQL문이 삭제되었을 것이다. 그리고 트랜잭션을 커밋했기 때문에 당연히 DB에는 memberA 엔티티 관련 정보가 입력되지 않는다.

em.clear()
영속성 컨텍스트를 초기화해서 해당 영속성 컨텍스트의 모든 엔티티를 준영속 상태로 만든다. 이것은 영속성 컨텍스트를 제거하고 새로 만든 것과 같다.

em.close()
영속성 컨텍스트 자체를 없애버린다. 관리하고 있던 모든 엔티티를 준영속 상태로 만든다. 이것은 말 그대로 영속성 컨텍스트를 제거하는 것이다.

엔티티가 준영속화 되는 것은 보통 영속성 컨텍스트가 종료됐을 때이다. 개발자가 엔티티 개별로 준영속화하는 일은 드물다.

준영속 상태의 특징 거의비영속상태에가깝다 영속성 컨텍스트가 관리하지 않으므로 1차 캐시, 쓰기 지연, 변경 감지, 지연 로 딩을 포함한 영속성 컨텍스트가 제공하는 어떠한 기능도 동작하지 않는다.

식별자값을가지고있다 비영속 상태는 식별자 값이 없을 수도 있지만 준영속 상태는 이미 한 번 영속 상태였으므로 반드시 식별자 값을 가지고 있다.

지연로딩을할수없다 지연 로딩은 실제 객체 대신 프록시 객체를 로딩해두고 해당 객체를 실제 사용할 때 영속성 컨텍스트를 통해 데이터를 불러오는 방법이다.

준영속 병합 준영속 상태의 엔티티를 다시 영속 상태로 변경하려면 병합을 사용하면 된다. merge() 메소드는 준영속 상태의 엔티티를 받아서 그 정보로 새로운 영속 상태의 엔티티를 반환한다.

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public class ExamMergeMain {
static EntityManagerFactory emf = Persistence.createEntityManagerFactory("study");

    public static void main(String args[]) {

        Member member = createMember(1L, "회원1");

        member.setUsername("회원명변경");

        mergeMember(member);
    }

    static Member createMember(Long id, String username) {
        EntityManager em1 = emf.createEntityManager();
        EntityTransaction tx1 = em1.getTransaction();

        tx1.begin();
        Member member = new Member();
        member.setId(id);
        member.setUsername(username);
        em1.persist(member);
        tx1.commit();
        em1.close(); //영속성 컨텍스트1 종료,

        return member;
    }

    static void mergeMember(Member member) {

        EntityManager em2 = emf.createEntityManager();
        EntityTransaction tx2 = em2.getTransaction();
        tx2.begin();
        Member mergeMember = em2.merge(member);
        tx2.commit();

        System.out.println("member = " + member.getUsername());
        System.out.println("mergeMember = " + mergeMember.getUsername());
        System.out.println("em2 contains member = " + em2.contains(member));
        System.out.println("em2 contains mergeMember = " + em2.contains(mergeMember));
        System.out.println("mergeMember.equals(member) = " +  mergeMember.equals(member));

        em2.close();
    }

}

Member member = createMember(“memberA”, “회원1”) 하단에 정의된 createMember 함수에 의해 member 참조 변수는 준영속 상태가 된 엔티티 객체를 참조하게 된다. 이때 준영속 상태가 된 엔티티의 내용은 DB에 이미 저장한 상태이다.

member.setUsername(“회원명변경”) member 변수의 Username을 ‘회원1’에서 ‘회원명변경’으로 변경한다. member 변수는 준영속 상태이므로 DB에 어떠한 영향고 끼치지 못한다.

mergeMember(member) en.merge(member) 로 mergeMember 변수를 만든다. 이때 진행되는 매커니즘은 아래와 같다. 그 결과 mergeMember 엔티티가 갖는 정보는 member 엔티티와 동일해진다. 하지만 엔티티 매니저는 member 변수를 알지 못한다고 하기 때문에, merge에 사용된 엔티티와 반환된 엔티티는 서로 다른 인스턴스가 된다.

merge 매커니즘

1. merge(member)가 실행된다.
2. merge에 사용된 엔티티가 1차 캐시에 있는지 조회한다.
3. 우리는 member 변수를 준영속 상태로 만들었기 때문에 1차 캐시에 member 엔티티는 존재하지 않는다. 따라서 DB에서 조회한다.
4. DB에서 조회된 엔티티 정보를 mergeMember 라는 이름으로 1차 캐시에 저장한다.
5. 인자로 들어온 member의 정보로 mergeMember 엔티티의 정보를 변경한다.
6. mergeMember 변수는 mergeMember 엔티티를 참조하게 된다.

비영속 병합

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tx.begin();

Member memberI = new Member(); // 비영속 엔티티 member
Member newMember = em.merge(memberI); // 비영속 병합

tx.commit();

병합은 비영속 엔티티도 할 수 있는데, 병합을 하기 위해서는 엔티티의 식별자값을 기준으로 1차 캐시에서 조회, 없으면 DB에서 조회, DB에서도 없으면 새로운 엔티티를 생성해서 병합하기 때문이다.

참조

https://jooha208.medium.com/?p=3d0d9ff439a2