JPA 영속성 관리

개요

다룰 내용

JPA가 제공하는 기능은 크게 두 가지로 나눌 수 있다. 이는 아래와 같다.

엔티티와 테이블을 매핑하는 설계 부분
매핑한 엔티티를 실제로 사용하는 부분

이번 포스팅은 엔티티 매니저를 통해 매필한 엔티티를 다루는 방법에 대해 설명한다.

엔티티 매니저는 엔티티의 CRUD 작업 등의 엔티티와 관련된 모든 일을 처리한다.

엔티티 매니저 팩토리와 엔티티 매니저

엔티티 매니저 팩토리

엔티티 매니저 팩토리 생성 코드
```
  EntityManagerFactory emf = Persistence.createEntityManagerFactory("영속성 유닛 이름");
```
- 영속성 유닛 이름은 persistence.xml 에서 작성한 유닛 이름과 동일하다.
엔티티 매니저 팩토리 기능
- META-INF/persistence.xml 에 있는 정보를 바탕으로 EntityManagerFactory 를 생성한다.
- 이렇게 생성된 EntityManagerFactory를 통해, EntityManager 를 생성하면 된다.
엔티티 매니저 팩토리 특징
- 생성시, 비용이 매우 많이 든다.
- 따라서 EntityManagerFactory 는 한 개만 생성해서 애플리케이션 전체가 공유하도록 설계되어있다.
- 여러 쓰레드가 동시에 접근해도 안전하기 때문에, 서로 다른 쓰레드 간 공유가 가능하다.

엔티티 매니저

엔티티 매니저 생성 코드

  EntityManager em = emf.createEntityManager();

엔티티 매니저 기능
- 생성된 EntityManagerFactory 인스턴스를 통해, EntityManager 를 생성한다.
- 엔티티와 관련된 모든 일을 처리한다.
엔티티 매니저 팩토리 특징
- 생성시, 비용이 거의 들지 않는다.
- 여러 쓰레드가 동시에 접근하면 동시성 문제가 발생하므로, 쓰레드 간 공유를 하면 안된다.

엔티티매니저팩토리 vs 엔티티매니저

아래 그림을 통해 설명을 계속 하도록 하겠다.

Untitled

하나의 EntityManagerFactory 에서 다수의 엔티티 매니저를 생성했다.
EntityManager 1 은 아직 커넥션을 얻지 않았다.
- 엔티티 매니저는 DB 연결이 꼭 필요한 시점까지 커넥션을 얻지 않는다.
- 예를 들어, 트랜잭션을 시작할 때 커넥션을 획득한다.
각 사용자마다 사용하는 EntityManager 가 다르다.
- 이는 EntityManager 가 쓰레드 간 공유를 하면 안되는 이유와 같다.
JPA 구현체(하이버네이트 포함)들은 EntityManagerFactory를 생성할 때 커넥션 풀도 같이 만든다.
- 이것은 J2SE 환경에서 사용하는 방법이다.
- J2SE에 대해선 추후에 포스팅할 계획이다.

영속성 컨텍스트

영속성 컨텍스트란?

JPA를 이해하는데 가장 중요한 용어가 바로 영속성 컨텍스트이다.
영속성 컨텍스트는 “엔티티를 영구 저장하는 환경” 정도로 해석할 수 있다.
엔티티 매니저로 엔티티를 저장하거나 조회하면, 엔티티 매니저는 영속성 컨텍스트에 엔티티를 보관하고 관리한다.
엔티티 매니저를 생성 할 때, 하나 만들어진다.
엔티티 매니저를 통해, 영속성 컨텍스트에 접근할 수 있고, 영속성 컨텍스트를 관리할 수 있다.

트랜잭션 개념

본격적인 설명 이전에, 트랜잭션에 대해 간단히 알아보자.

DB 작업의 논리적 단위
트랜잭션 커밋: 만약 트랜잭션이 오류없이 수행되었다면, 실제 DB에 반영하는 것이다. 트랜잭션 커밋시, ROLLBACK이 불가능하다.

Untitled

엔티티 생명주기

엔티티 생명주기 종류

엔티티에는 총 네 가지의 상태가 존재한다. 이는 다음과 같다.

비영속
- 영속성 컨텍스트와 전혀 관계가 없는 상태
- 주로 엔티티 인스턴스를 직접 new 연산자를 통해 생성했을 때의 상태를 뜻한다.
영속
- 영속성 컨텍스트에 저장된 상태
- 영속성 컨텍스트가 해당 엔티티를 관리할 수 있는 상태이다.
준영속
- 영속성 컨텍스트에 저장되었다가 분리된 상태
- 즉, 영속 상태였다가 분리된 엔티티의 상태이다.
삭제
- 삭제된 상태

지금부터 각 상태들에 대해 자세히 설명하도록 하겠다.

비영속

엔티티 객체를 생성한 직후의 상태이다.
아직 순수한 객체 상태이며, 저장되지 않은 상태이다.
따라서 영속성 컨텍스트나 DB와는 전혀 관련이 없다.

예시 코드

  //객체를 생성한 상태 => 비영속 상태
  Member member = new Member(); // Member는 엔티티 클래스이다.
  member.setId("member1");
  member.setUsername("회원1");

비영속 상태 시각화

영속

엔티티 매니저를 통해서 엔티티를 영속성 컨텍스트에 저장한 상태이다.
영속성 컨텍스트가 관리하는 엔티티를 영속 상태라고 한다.
em.persist(엔티티) 로 엔티티를 등록하거나,
em.find(ID) 로 엔티티를 찾은 엔티티는 영속 상태로 변환된다.

예시 코드

  //객체를 저장한 상태 => 영속 상태
  em.persist(member);

영속 상태 시각화

준영속

‘영속성 컨텍스트가 관리하던 영속 상태의 엔티티’를 영속성 컨텍스트가 관리하지 않으면 준영속 상태가 된다.
즉, 영속 상태였던 엔티티를 영속성 컨텍스트가 관리하지 않게 되면, 해당 엔티티는 준영속 상태가 된다.
준영속 상태의 엔티티는 영속성 컨텍스트의 관리를 받지 못한다.
em.detach(엔티티) 를 호출하거나,
em.clear() 로 영속성 컨텍스트의 내용을 모두 초기화하거나,
em.close() 로 엔티티 매니저를 닫으면, 해당 영속성 컨텍스트에 영속 상태로 관리되던 엔티티는 준영속 상태로 변환된다.

예시 코드

  //회원 엔티티를 영속성 컨텍스트에서 분리 => 준영속 상태
  em.detach(member);
  em.clear();
  em.close();

삭제

엔티티를 영속성 컨텍스트와 DB에서 삭제한다.

예시 코드

  //객체를 삭제한 상태 => 삭제
  em.remove(member);

영속성 컨텍스트 특징

영속성 컨텍스트와 식별자 값
- 영속성 컨텍스트는 엔티티를 식별자 값으로 구분한다.
  - 식별자: @Id 를 통해, 기본키와 매핑된 프로퍼티
- 따라서, 영속 상태는 식별자 값이 반드시 존재해야 한다.
영속성 컨텍스트와 DB 저장
- JPA는 보통 트랜잭션을 커밋하는 순간 영속성 컨텍스트에 새로 저장된 엔티티를 DB에 반영한다.
- 이것을 플러시(Flush) 라고 한다.

영속성 컨텍스트의 장점

영속성 컨텍스트가 엔티티를 관리하면 다음과 같은 장점이 있다.

1차 캐시
동일성 보장
트랜잭션을 지원하는 쓰기 지연
변경 감지
지연 로딩

지금부터 엔티티 CRUD 작업을 통해 알아보자.

엔티티 조회

영속성 컨텍스트는 내부에 캐시를 가지고 있다.
- 이것을 1차 캐시라고 한다.
영속 상태의 엔티티는 모두 이곳에 저장된다.
즉, 영속성 컨텍스트 내부에 Map이 하나 있는데, Key=@Id로 매핑한 식별자(프로퍼티) , Value=엔티티 인스턴스 라고 생각하면 된다.

예시 코드
1. 엔티티 영속상태 전환
```
  //엔티티를 생성한 상태
  //비영속 상태
  Member member = new Member();
  member.setId("member1");
  member.setUsername("회원1");
    
  //엔티티 영속
  em.persist(member);
```
1. 위 코드를 실행하면 아래 그림의 상태가 된다.
  - 1차 캐시의 Key = 식별자 값(@Id와 매핑된 프로퍼티)
2. 따라서, 영속성 컨텍스트에 데이터를 저장하고 조회하는 모든 기준은 DB의 기본 키 값이다.
3. 엔티티 조회
```
 Member member = em.find(Member.class, "member1");
```
4. 위 코드를 실행하면, 1차 캐시에서 엔티티를 찾는다.
5. 만약 찾는 엔티티가 1차 캐시에 존재하지 않으면, DB에서 조회한다.
  - 이때 Flush가 수행된다.
  - 자세한 것은 나중에 이어서 설명하도록 하겠다.

1차 캐시에서 조회하기
- em.find() 을 호출하면, 우선 1차 캐시에서 식별자 값으로 엔티티를 찾는다.
- 만약 찾는 엔티티가 있으면, DB를 조회하지 않고 메모리에 있는 1차 캐시에서 엔티티를 조회한다. 이는 아래 그림과 같다.
- 아래 코드는 1차 캐시에 있는 엔티티를 조회한다.
```
  //엔티티를 생성한 상태
  //비영속 상태
  Member member = new Member();
  member.setId("member1");
  member.setUsername("회원1");
        
  //1차 캐시에 저장됨
  em.persist(member);
        
  //1차 캐시에서 조회함
  em.find(Member.class, "member1")
```

DB에서 조회하기
- 엔티티가 1차 캐시에 없으면, 엔티티 매니저는 DB를 조회해서 엔티티를 생성한다.
- 그리고 1차 캐시에 저장한 뒤, 영속 상태의 엔티티를 반환한다. 이는 아래 그림과 같다.
  1. em.find(Member.class, "member2") 를 실행한다.
  2. member2 가 1차 캐시에 없으므로 DB에서 조회한다.
  3. 조회한 데이터로 member2 엔티티를 생성해서 1차 캐시에 저장한다. ⇒ 영속상태
  4. 조회한 엔티티를 반환한다.
- 이제 member2 엔티티가 영속 컨텍스트의 1차 캐시에 존재하므로, 나중에 다시 member2 엔티티를 조회했을 때, 1차 캐시에서 바로 불러오게 된다.
- 따라서, 성능상 이점을 누릴 수 있다.

동일성 보장

아래 코드를 통해 식별자가 같은 엔티티 인스턴스를 조회해보자.

  //member1과 member2의 식별자가 같다.
  member1 = em.find(Member.class, "member1");
  member2 = em.find(Member.class, "member1");
    
  //동일성 비교
  System.out.println(member1 == member2);
  //결과: true

member1 과 member2 는 서로 같은 엔티티를 조회했으므로, true라는 결과가 도출된다.

영속성 컨텍스트는 1차 캐시에 있는 같은 엔티티 인스턴스를 반환한다.
따라서, 둘은 같은 인스턴스이며, 결과는 당연히 참이 나온다.
영속성 컨텍스트는 성능상 이점과 엔티티의 동일성을 보장한다.

동일성: == 비교
동등성: equals() 비교

엔티티 등록

엔티티 매니저를 사용해서 엔티티를 영속성 컨텍스트에 등록해보자.

  EntityManager em = emf.createEntityManager();
  EntityTransaction transaction = em.getTransaction();
    
  //엔티티 매니저는 데이터 변경시 트랜잭션을 시작해야한다.
  transaction.begin(); // [트랜잭션-시작]
    
  em.persist(memberA);
  em.persist(memberB);
  //아직 INSERT SQL을 DB에 보내지 않는다.
    
  //커밋하는 순산 DB에 INSERT SQL을 보낸다.
  transaction.commit(); // [트랜잭션-커밋]

엔티티 매니저는 트랜잭션을 커밋하기 직전까지 DB에 엔티티를 저장하지 않고, 내부 쿼리 저장소에 INSERT SQL을 모아둔다. 아래 그림은 이 과정을 memberA 엔티티에 대해 수행한 것과 같다.
- 영속 컨텍스트가 memberA 엔티티를 1차 캐시에 저장함과 동시에, 관련 INSERT SQL을 쓰기 지연 SQL 저장소에 저장한다.
이번에는 memberB 엔티티에 대해 수행해보자.
- 이것도 마찬가지로 회원 엔티티 정보로 등록 쿼리를 생성해서 쓰기 지연 SQL 저장소에 보관한다.
- 쓰기 지연 SQL 저장소에는 총 2개의 등록쿼리가 저장되었다.
이번에는 트랜잭션을 commit 해보자.
- 트랜잭션을 커밋하면 엔티티 매니저는 영속성 컨텍스트를 플러시한다.
  - 플러시는 영속성 컨텍스트의 변경내용을 DB에 동기화하는 작업이다.
  - 플러시는 CRUD 작업한 엔티티를 DB에 반영한다.
  - 즉, 쓰기 지연 SQL 저장소에 모인 쿼리를 DB에 보낸다.
  - 플러시를 해도, 트랜잭션이 완료되어 종료되는 것은 아니다. 단지, DB에 변경 사항을 반영하는 것이다.
트랜잭션을 지원하는 쓰기 지연이 가능한 이유
- 다음 로직을 2가지 경우로 생각해볼 수 있다.
```
  begin(); //트랜잭션 시작
        
  save(A);
  save(B);
  save(C);
        
  commit(); //트랜잭션 커밋
```
  1. 데이터를 저장하는 즉시, 등록 쿼리를 DB에 보내고 마지막에 트랜잭션을 커밋하는 경우
    - 위 코드에서 save() 마다 쿼리를 보내는 것과 동일하다.
    - 단순히 쿼리를 DB에 보내는 것일 뿐, 확정(commit)하는 것은 아니다.
    - 즉 다음과 같다.
    begin(); //트랜잭션 시작 save(A); //DB에 쿼리 보내기 save(B); //DB에 쿼리 보내기 save(C); //DB에 쿼리 보내기 commit(); //트랜잭션 커밋
  2. 트랜잭션을 커밋할 때 모아둔 등록 쿼리를 DB에 보낸 후 커밋하는 경우
    - 즉 다음과 같다.
    begin(); //트랜잭션 시작 save(A); //다른 곳(쓰기 지연 SQL 저장소)에 쿼리를 모아둔다. save(B); //다른 곳(쓰기 지연 SQL 저장소)에 쿼리를 모아둔다. save(C); //다른 곳(쓰기 지연 SQL 저장소)에 쿼리를 모아둔다. commit(); //트랜잭션 커밋 직전에, 미리 쿼리를 DB에 보낸다.
- 위 두 가지의 경우는 결과가 모두 같다.
- 등록 쿼리를 그때 그때 DB에 전달해도(1번 경우), 결국 트랜잭션을 커밋해야만 의미가 있다. 따라서, 어떻게든 커밋 직전에만 DB에 쿼리를 전달하면 된다!
  - 백날 SQL을 DB에 전달해도, 전달사항이 커밋되지 않으면 의미가 없다.
- 바로 이것이 트랜잭션을 지원하는 쓰기 지연이 가능한 이유이다.

엔티티 수정

SQL 수정 쿼리의 문제점
- SQL을 사용하여, 수정 쿼리를 직접 입력한다면 어떤 문제가 발생할까? 아래 가정을 통해 알아보자.
- 기존에 작성해둔 수정 쿼리
```
  UPDATE MEMBER SET NAME=?, AGE=? WHERE id=?
```
- 변경된 요구사항에 의해 변경된 수정 쿼리
```
  UPDATE MEMBER SET NAME=?, AGE=?, GRADE=? WHERE id=?
```
- 만약 새로이 변경된 수정 쿼리를 사용하여, “이름과 나이를 변경하는 데 실수로 등급 정보를 입력하지 않거나”, “등급을 변경하는데 실수로 이름과 나이를 입력하지 않을 수” 있다.
- 그렇다면 해당 상황을 해결하기 위해, 아래와 같은 쿼리를 추가하게 된다.
  - 이름만 수정하는 쿼리
  - 나이만 수정하는 쿼리
  - 등급만 수정하는 쿼리
- 결국 직접적이든 간접적이든 비즈니스 로직이 SQL에 의존하게 된다.

변경 감지
- JPA는 이런 상황을 타개하기 위해, 변경 감지(Dirty Checking)를 통해 엔티티를 수정한다.
- 예시 코드
```
  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);
        
  //em.update(member); 이런 코드는 존재하지 않는다.
        
  transaction.commit(); //[트랜잭션 - 커밋]
```
  - 위 코드를 통해서 엔티티를 수정하고 DB에도 반영할 수 있다.
- JPA로 엔티티를 수정할 때는, 단순히 엔티티를 조회해서 데이터만 변경하면 된다.
- 이러한 기능을 바로 변경 감지(Dirty Checking) 이라고 한다.
- 변경 감지 수행과정은 아래 그림과 같다.
  1. 트랜잭션을 커밋하면, 엔티티 매니저 내부에서 먼저 플러시(flush())가 호출된다.
  2. 엔티티(현상태)와 스냅샷(원본상태)를 비교해서 변경된 엔티티를 찾는다.
  3. 변경된 엔티티가 있으면 수정 쿼리를 생성해서 쓰기 지연 SQL 저장소에 보낸다.
  4. 쓰기 지연 저장소의 SQL을 DB에 보낸다.
  5. DB 트랜잭션을 커밋한다.
- JPA는 엔티티를 영속성 컨텍스트에 보관할 때, 최초 상태를 복사해서 저장해두는데 이것을 스냅샷(Snapshot) 이라고 한다.
  - 즉, 스냅샷은 엔티티가 처음으로 1차 캐시에 저장될 때의 모습을 저장해둔 것이다.
- 그리고 플러시 시점에 스냅샷과 엔티티를 비교해서 변경된 엔티티를 찾는다.
- 변경 감지는 영속성 컨텍스트가 관리하는 영속 상태의 엔티티에만 적용된다.
  - 비영속, 준영속처럼 영속성 컨텍스트의 관리를 받지 못하는 엔티티는 값을 변경해도 DB에 반영되지 않는다.

변경 감지(Dirty Checking)에 의한, UPDATE 쿼리 형식
- 만약 아래와 같은 코드를 통해, 엔티티를 수정한다면 어떤 SQL이 DB에 전달될까?
```
  transaction.begin();
        
  memberA = em.find(Member.class, "memberA");
  memberA.setUsername("변경된 이름");
        
  transaction.commit();
```
- 예상한 SQL
```
  UPDATE MEMBER SET NAME=? WHERE id=?
```
  - 수정된 칼럼의 값만 변경되지 않을까?
- 실제 SQL
```
  UPDATE MEMBER SET NAME=?, AGE=?, GRADE=?, ... WHERE id=?
```
  - 실제로는 수정하지 않은 칼럼을 포함한 모든 칼럼의 값이 변경된다.
- 그렇다면 왜 이렇게 수정 SQL을 처리할까?
- 이때의 장점은 다음과 같다.
  - 모든 필드를 사용하면 수정 쿼리가 항상 같다.(바인딩되는 데이터는 당연히 제외) 따라서 애플리케이션 로딩 시점에 수정 쿼리를 미리 생성해두고 재사용할 수 있다.
  - DB에 동일한 쿼리를 보내면, DB는 이전에 한번 파싱된 쿼리를 재사용할 수 있다.
- 하지만 필드가 많거나 저장되는 내용이 너무 크면, ‘수정된 필드만 사용해서’ 동적으로 UPDATE SQL을 생성하는 전략을 선택할 수 있다.
  - 단 이때는 하이버네이트 확장 기능을 사용해야 한다.
```
  @Entity
  @org.hibernate.annotations.DynamicUpdate // 수정 쿼리 동적 생성 설정
  @Table(name = "Member")
  public class Member { // 엔티티 클래스
  	...
  }
```

엔티티 삭제

엔티티를 삭제하려면 먼저 삭제 대상 엔티티를 조회해야 한다.

예시 코드

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

em.remove(삭제할_엔티티) 를 실행하면 해당 엔티티를 삭제할 수 있다.
엔티티 삭제 과정
1. 엔티티 등록과 비슷하게 삭제 쿼리를 쓰기 지연 SQL 저장소에 등록한다.
2. 나중에 트랜잭션이 커밋되어서, 플러시를 호출하면 실제 DB에 삭제 쿼리를 전달한다.
이렇게 삭제된 엔티티는 재사용하지 말고, 자연스럽게 가비지 컬렉터가 처리하도록 두는 것이 좋다.

아직 영속성 관리에 대해 설명할 내용이 많이 남았다. 하지만, 본 포스팅 글이 너무 길어지기에 나눠서 포스팅하도록 하겠다.

김영한, 『자바 ORM 표준 JPA 프로그래밍』, 에이콘

본 게시글은 위 교재를 기반으로 정리한 글입니다.