트랜잭션 (Transaction)과 ACID

트랜잭션(Transaction)은 데이터베이스에서 하나의 논리적 작업 단위를 이루는 연산들의 묶음으로, 전부 성공해서 반영되거나 전부 취소되어야 한다. 트랜잭션이 지켜야 할 네 가지 성질인 원자성, 일관성, 격리성, 지속성을 머리글자를 따서 ACID라고 부르며, 계좌 이체처럼 중간 상태가 노출되면 안 되는 작업의 정합성을 보장하는 핵심 개념이다.

트랜잭션이 필요한 이유

A 계좌에서 B 계좌로 1만 원을 이체하는 작업은 "A 잔액 차감"과 "B 잔액 증가"라는 두 개의 UPDATE로 이루어진다. 첫 번째만 성공한 상태에서 서버가 죽으면 1만 원이 증발한다. 두 연산을 하나의 트랜잭션으로 묶으면 데이터베이스가 둘 다 반영하거나 둘 다 되돌리는 것을 보장하므로 이런 중간 상태가 데이터에 남지 않는다.

START TRANSACTION;

UPDATE account SET balance = balance - 10000 WHERE id = 'A';
UPDATE account SET balance = balance + 10000 WHERE id = 'B';

COMMIT;   -- 두 변경을 함께 확정
-- 문제가 생겼다면 ROLLBACK; 으로 함께 취소

커밋(Commit)은 트랜잭션의 변경 사항을 확정하는 연산이고, 롤백(Rollback)은 트랜잭션 시작 시점 상태로 되돌리는 연산이다. 트랜잭션 중간에 세이브포인트(Savepoint)를 만들어 그 지점까지만 부분적으로 되돌릴 수도 있다.

ACID 네 가지 성질

원자성(Atomicity)

트랜잭션 안의 연산들은 모두 반영되거나 모두 반영되지 않아야 한다. 데이터베이스는 변경 전 값을 언두 로그(Undo Log)에 기록해 두었다가, 롤백이나 장애 복구 시 이를 이용해 미완성 트랜잭션의 흔적을 지운다.

일관성(Consistency)

트랜잭션이 끝난 뒤에도 데이터베이스는 정해진 무결성 제약과 업무 규칙을 만족하는 일관된 상태여야 한다. 잔액이 음수가 될 수 없다는 제약이 있다면, 이를 위반하는 트랜잭션은 실패해야 한다. 일관성은 데이터베이스의 제약 조건과 애플리케이션 로직이 함께 지켜 내는 성질이다.

격리성(Isolation)

동시에 실행되는 트랜잭션들은 서로의 중간 상태를 보지 못하게 격리되어야 한다. 이상적으로는 모든 트랜잭션을 순차 실행한 것과 같은 결과여야 하지만, 완전한 격리는 동시성을 크게 떨어뜨린다. 그래서 데이터베이스는 격리 수준(Isolation Level)이라는 단계적 옵션을 제공해 정합성과 성능 사이에서 선택하게 하며, 내부적으로는 락(Lock)과 다중 버전 동시성 제어(MVCC, Multi-Version Concurrency Control)로 구현한다.

지속성(Durability)

커밋이 완료된 트랜잭션의 결과는 정전이나 시스템 장애가 나도 사라지지 않아야 한다. 데이터베이스는 변경 내용을 먼저 리두 로그(Redo Log)에 순차 기록한 뒤 커밋을 완료 처리하는 로그 선행 기입(WAL, Write-Ahead Logging) 방식으로 이를 보장하고, 장애 후 재시작 시 로그를 재적용해 커밋된 변경을 복원한다.