2025년 9월 29일 작성

JPA Persistence Context - 영속성 관리하기

JPA에서 entity를 관리하는 핵심 개념인 persistence context(영속성 context)는 entity의 생명 주기를 관리하고 다양한 성능 최적화 기능을 제공합니다.

JPA Persistence Context

  • JPA에서 entity를 관리하는 핵심 개념인 persistence context(영속성 context)는 entity의 생명 주기를 관리하고 다양한 성능 최적화 기능을 제공합니다.
  • persistence context는 first level cache(1차 cache), dirty checking(변경 감지), lazy loading(지연 loading) 등의 기능을 통해 application과 database 간의 효율적인 data 처리를 가능하게 합니다.
  • 각 JPA 구현체는 고유한 방식으로 persistence context를 구현하며, Spring Data JPA에서는 transaction 범위와 연계하여 자동으로 관리됩니다.

Persistence Context 개념

  • persistence context(영속성 context)는 entity를 영구 저장하는 환경을 의미하며, JPA의 핵심 architecture 요소입니다.
  • EntityManager가 entity를 관리할 때 사용하는 논리적인 공간으로, application과 database 사이에서 중간 계층 역할을 합니다.
  • persistence context는 entity의 상태 변화를 추적하고, database와의 동기화를 효율적으로 처리합니다.
  • JPA 명세에서 정의된 표준 개념이므로, 모든 JPA 구현체에서 동일한 방식으로 동작합니다.

Entity 생명 주기

  • entity는 persistence context와의 관계에 따라 네 가지 상태로 구분되며, 각 상태는 서로 다른 특성을 가집니다.
  • 생명 주기 상태는 EntityManager의 method 호출이나 transaction 처리에 따라 자동으로 변경됩니다.

Transient State : 비영속 상태

  • persistence context와 전혀 관계가 없는 새로운 상태의 entity입니다.
  • 단순히 객체를 생성한 상태로, JPA가 해당 entity를 인식하지 못합니다.
    • User user = new User();와 같이 새로운 객체를 생성한 직후의 상태입니다.
    • 이 상태에서는 persistence context의 어떤 기능도 사용할 수 없습니다.
  • transient 상태의 entity는 database와 연결되지 않으며, 변경 감지나 지연 loading 등의 기능이 동작하지 않습니다.

Persistent State : 영속 상태

  • persistence context에 관리되고 있는 상태의 entity입니다.
  • EntityManager.persist() method를 통해 persistence context에 저장된 entity나, database에서 조회한 entity가 이 상태에 해당합니다.
    • persistent 상태의 entity는 first level cache에 저장되어 빠른 조회가 가능합니다.
    • dirty checking을 통해 entity의 변경 사항이 자동으로 감지됩니다.
    • transaction commit 시점에 변경 사항이 database에 자동으로 반영됩니다.
  • persistent 상태에서는 lazy loading, 변경 감지, identity 보장 등 모든 JPA 기능을 사용할 수 있습니다.

Detached State : 준영속 상태

  • persistence context에 저장되었다가 분리된 상태의 entity입니다.
  • EntityManager.detach(), EntityManager.clear(), EntityManager.close() method 호출 시 발생합니다.
    • detached 상태의 entity는 더 이상 persistence context의 관리를 받지 않습니다.
    • 변경 감지 기능이 동작하지 않으므로, entity를 수정해도 database에 반영되지 않습니다.
    • lazy loading을 시도하면 LazyInitializationException이 발생할 수 있습니다.
  • detached 상태의 entity를 다시 persistent 상태로 만들려면 EntityManager.merge() method를 사용해야 합니다.

Removed State : 삭제 상태

  • persistence context에서 삭제하기로 예약된 상태의 entity입니다.
  • EntityManager.remove() method를 호출하면 entity가 removed 상태로 변경됩니다.
    • 실제 database 삭제는 transaction commit 시점에 수행됩니다.
    • removed 상태의 entity는 persistence context에서 관리되지만, database에서 제거될 예정입니다.
  • removed 상태의 entity에 대한 추가적인 조작은 권장되지 않습니다.

Persistence Context 주요 기능

  • persistence context는 성능 최적화와 data 일관성 보장을 위한 다양한 기능을 제공합니다.
  • 이러한 기능들은 application의 성능을 크게 향상시키고, 개발자가 database 처리를 더 편리하게 할 수 있도록 도와줍니다.

First Level Cache (1차 Cache)

  • persistence context 내부에 Map 구조의 cache를 유지하여 entity를 저장합니다.
  • primary key를 key로 사용하고, entity 객체를 value로 저장하는 구조입니다.
    • 동일한 primary key로 entity를 조회할 때, database를 거치지 않고 first level cache에서 바로 반환합니다.
    • first level cache는 transaction 범위 내에서만 유효하므로, transaction이 종료되면 cache도 함께 사라집니다.
    • 같은 transaction 내에서 반복적으로 같은 entity를 조회할 때 성능상 이점을 제공합니다.
  • first level cache는 성능 향상보다는 identity 보장과 일관성 유지에 더 중요한 역할을 합니다.

Identity Guarantee (동일성 보장)

  • 같은 primary key를 가진 entity는 항상 동일한 객체 참조를 반환합니다.
  • first level cache를 통해 같은 entity에 대한 여러 번의 조회가 동일한 객체를 반환하도록 보장합니다.
    • Java의 == 비교와 equals() 비교가 모두 true를 반환합니다.
    • 이는 application level에서 객체의 일관성을 보장하는 중요한 기능입니다.
  • identity 보장을 통해 entity의 상태 변화를 안전하게 추적할 수 있습니다.

Dirty Checking (변경 감지)

  • persistence context는 entity의 변경 사항을 자동으로 감지하여 database에 반영합니다.
  • entity를 persistence context에 저장할 때의 snapshot을 보관하고, transaction commit 시점에 현재 상태와 비교합니다.
    • 변경된 field가 발견되면 자동으로 UPDATE query가 생성되어 실행됩니다.
    • 개발자가 별도로 update method를 호출할 필요가 없습니다.
    • 변경되지 않은 entity에 대해서는 불필요한 UPDATE query가 실행되지 않습니다.
  • dirty checking은 persistent 상태의 entity에서만 동작하며, detached 상태에서는 작동하지 않습니다.

Lazy Loading (지연 Loading)

  • 연관된 entity나 collection을 실제 사용하는 시점에 database에서 조회하는 기능입니다.
  • @ManyToOne, @OneToMany 등의 연관 관계에서 fetch = FetchType.LAZY 설정을 통해 활용할 수 있습니다.
    • lazy loading이 설정된 field에 접근할 때 proxy 객체를 통해 실제 database 조회가 수행됩니다.
    • 불필요한 join query를 방지하여 초기 조회 성능을 향상시킵니다.
    • N+1 문제를 방지하기 위해서는 fetch join이나 batch size 설정이 필요합니다.
  • lazy loading은 persistence context가 활성화된 상태에서만 정상 동작합니다.

Write-Behind (쓰기 지연)

  • SQL query를 즉시 실행하지 않고 내부 저장소에 모아두었다가 transaction commit 시점에 일괄 실행하는 기능입니다.
  • EntityManager.persist(), EntityManager.remove() 등의 method 호출 시 SQL이 즉시 실행되지 않습니다.
    • write-behind SQL 저장소에 INSERT, UPDATE, DELETE query가 순서대로 저장됩니다.
    • transaction commit 시점에 저장된 모든 query가 database에 일괄 전송됩니다.
    • 이를 통해 database와의 통신 횟수를 줄이고 성능을 향상시킵니다.
  • write-behind는 transaction 내에서 여러 entity 조작을 효율적으로 처리할 수 있게 해줍니다.

구현체별 Persistence Context

  • JPA는 명세이므로, 실제 구현은 각 구현체에서 담당하며 고유한 특성을 가집니다.
  • 주요 구현체들은 JPA 표준을 준수하면서도 추가적인 기능과 최적화를 제공합니다.

Hibernate 구현체

  • Hibernate에서는 Session이 persistence context 역할을 수행합니다.
  • SessionFactory를 통해 Session을 생성하고, Session이 entity의 생명 주기를 관리합니다.
    • Hibernate Session은 JPA EntityManager의 구현체이기도 합니다.
    • Session은 first level cache와 dirty checking, lazy loading 등 모든 persistence context 기능을 제공합니다.
    • Hibernate 고유 기능인 batch fetching, second level cache 등을 추가로 지원합니다.
  • Hibernate Session은 thread-safe하지 않으므로, 여러 thread에서 공유해서는 안 됩니다.
  • EclipseLink에서는 EntityManager가 직접 persistence context를 관리합니다.
  • Oracle에서 주도하는 JPA 참조 구현체로, JPA 명세를 가장 충실히 따릅니다.
    • EclipseLink의 persistence context는 JPA 표준 기능에 집중되어 있습니다.
    • 추가적인 caching 전략과 성능 최적화 기능을 제공합니다.
    • MOXy를 통한 XML/JSON binding 등 확장 기능을 지원합니다.
  • EclipseLink는 enterprise 환경에서 안정성과 표준 준수를 중시하는 project에 적합합니다.

Spring Data JPA에서의 관리

  • Spring Data JPA는 JPA 구현체를 wrapping하여 transaction 범위와 persistence context를 연동합니다.
  • @Transactional annotation을 통해 persistence context의 생명 주기를 자동으로 관리합니다.
    • method 시작 시점에 persistence context가 생성되고, method 종료 시점에 자동으로 close됩니다.
    • transaction이 commit되면 write-behind된 SQL이 자동으로 flush됩니다.
    • transaction이 rollback되면 persistence context의 변경 사항이 모두 취소됩니다.
  • Spring Data JPA Repository는 내부적으로 EntityManager를 사용하여 persistence context 기능을 활용합니다.

Persistence Context 생명 주기 관리

  • persistence context는 적절한 시점에 생성하고 해제해야 memory leak과 성능 문제를 방지할 수 있습니다.
  • transaction과의 관계를 이해하고, 올바른 범위에서 persistence context를 사용하는 것이 중요합니다.

Transaction과의 관계

  • persistence context는 transaction과 동일한 생명 주기를 가지는 것이 일반적입니다.
  • transaction이 시작될 때 persistence context가 생성되고, transaction이 종료될 때 함께 종료됩니다.
    • transaction commit 시점에 persistence context의 변경 사항이 database에 반영됩니다.
    • transaction rollback 시점에 persistence context의 모든 변경 사항이 취소됩니다.
    • transaction 범위를 벗어난 entity는 detached 상태가 되어 더 이상 persistence context의 기능을 사용할 수 없습니다.
  • Spring에서는 @Transactional annotation을 통해 이러한 생명 주기 관리가 자동화됩니다.

EntityManager 생명 주기

  • EntityManager는 thread-safe하지 않으므로 여러 thread에서 공유해서는 안 됩니다.
  • 일반적으로 request당 하나의 EntityManager를 사용하는 pattern을 권장합니다.
    • web application에서는 HTTP request 범위에서 EntityManager를 생성하고 사용합니다.
    • request 처리가 완료되면 EntityManager를 close하여 자원을 해제합니다.
    • Spring Container는 이러한 생명 주기 관리를 proxy를 통해 자동화합니다.
  • EntityManager를 적절히 close하지 않으면 connection leak이나 memory leak이 발생할 수 있습니다.

Detached 상태 처리

  • transaction 범위를 벗어난 entity는 detached 상태가 되므로 별도의 처리가 필요합니다.
  • detached 상태의 entity를 다시 사용하려면 EntityManager.merge() method를 통해 persistent 상태로 변경해야 합니다.
    • merge() method는 detached entity의 값을 새로운 persistent entity에 복사하여 반환합니다.
    • 원본 detached entity는 여전히 detached 상태로 남아있습니다.
    • web application에서는 view layer에서 lazy loading이 필요한 경우 Open Session in View pattern을 고려할 수 있습니다.
  • detached 상태에서 lazy loading을 시도하면 LazyInitializationException이 발생하므로 주의가 필요합니다.

주의 사항과 Best Practice

  • persistence context를 효과적으로 활용하기 위해서는 몇 가지 주의 사항을 숙지하고 적절한 사용 pattern을 따라야 합니다.
  • 잘못된 사용은 성능 저하나 예상하지 못한 동작을 발생시킬 수 있습니다.

Memory 관리

  • persistence context는 first level cache에 entity를 계속 보관하므로, 대량의 data를 처리할 때 memory 사용량에 주의해야 합니다.
  • 장시간 실행되는 batch 작업에서는 주기적으로 EntityManager.clear()를 호출하여 first level cache를 비워야 합니다.
    • 대량의 entity를 처리할 때는 일정 단위로 flush()와 clear()를 호출합니다.
    • 불필요한 entity 참조를 제거하여 garbage collection이 정상적으로 동작하도록 합니다.
    • batch 크기를 적절히 조절하여 memory 사용량을 제어합니다.
  • memory 부족 상황을 방지하기 위해 application monitoring과 profiling을 수행하는 것이 좋습니다.

N+1 Problem 방지

  • lazy loading 사용 시 N+1 문제가 발생할 수 있으므로, fetch join이나 batch fetching을 활용해야 합니다.
  • 연관 관계가 복잡한 entity를 조회할 때는 필요한 data만 명시적으로 fetch하는 것이 중요합니다.
    • JPQL의 JOIN FETCH 구문을 사용하여 연관된 entity를 한 번에 조회합니다.
    • @BatchSize annotation을 사용하여 lazy loading 시 batch 단위로 조회하도록 설정합니다.
    • DTO projection을 활용하여 필요한 field만 선택적으로 조회합니다.
  • query 실행 계획을 monitoring하여 예상치 못한 추가 query가 발생하지 않는지 확인해야 합니다.

Transaction 범위 관리

  • persistence context의 기능을 제대로 활용하려면 적절한 transaction 범위 설정이 필수입니다.
  • transaction 범위가 너무 크면 lock 경합이나 memory 문제가 발생할 수 있고, 너무 작으면 persistence context의 이점을 활용하기 어렵습니다.
    • business logic의 단위에 맞춰 transaction 범위를 설정합니다.
    • read-only 작업에는 @Transactional(readOnly = true)를 사용하여 성능을 최적화합니다.
    • 긴 작업은 여러 개의 작은 transaction으로 분할하는 것을 고려합니다.
  • transaction 전파 option을 적절히 활용하여 method 간의 transaction 관계를 명확히 정의해야 합니다.

Entity 상태 관리

  • entity의 현재 상태를 정확히 파악하고, 상태 변화에 따른 동작을 예측할 수 있어야 합니다.
  • 특히 detached 상태의 entity를 다룰 때는 lazy loading이나 dirty checking이 동작하지 않음을 인지해야 합니다.
    • entity의 현재 상태를 확인하기 위해 EntityManager.contains() method를 활용합니다.
    • detached entity의 연관 관계를 사용하기 전에 필요한 data를 미리 초기화합니다.
    • DTO와 entity 간의 변환 시점과 방법을 명확히 정의합니다.
  • entity 상태 변화 log를 통해 예상치 못한 상태 변화가 발생하지 않는지 monitoring하는 것이 좋습니다.

Reference

목차