[스프링 DB 1편] 커넥션풀과 데이터소스 이해

커넥션 풀 이해

데이터베이스 커넥션을 얻는 과정

1. 애플리케이션 로직은 DB 드라이버를 통해 커넥션을 조회한다.
2. DB 드라이버는 DB와 TCP/IP 커넥션을 연결한다.
   • 이 과정에서 3 way handshake같은 TCP/IP 연결을 위한 네트워크 동작이 발생한다.
3. DB 드라이버는 TCP/IP 커넥션이 연결되면 ID, PW와 기타 부가정보를 DB에 전달한다.
4. DB는 ID, PW를 통해 내부 인증을 완료하고, 내부에 DB 세션을 생성한다.
5. DB는 커넥션 생성이 완료되었다는 응답을 보낸다.
6. DB 드라이버는 커넥션 객체를 생성해서 클라이언트에 반환한다.

데이터베이스 커넥션을 얻는다는 것은 힘든 과정이다.

• 앞선 6가지나 되는 과정을 통해서 커넥션을 새로 만든다는 것은 과정도 복잡하고 시간도 많이 소요된다.
• DB는 물론이고 애플리케이션 서버에서도 TCP/IP 커넥션을 새로 생성하기 위한 리소스를 매번 사용해야 한다.
• 진짜 문제는 사용자가 애플리케이션을 사용할 때 발생한다.
  • SQL을 실행하는 시간 뿐만 아니라 커넥션을 새로 만드는 시간이 추가되기 때문에 결과적으로 응답 속도에 영향을 준다.
  • 이것은 사용자에게 좋지 않은 경험을 줄 수 있다.
• DB마다 커넥션을 생성하는 시간은 다르다.
  • 시스템 상황마다 다르지만 MySQL 계열은 수 ms(밀리초) 정도로 매우 빨리 커넥션을 확보할 수 있다.
  • 반면에 수십 밀리초 이상 걸리는 데이터베이스들도 있다.

커넥션 풀의 등장

• 이러한 데이터베이스 커넥션에 대한 문제를 해결하기 위해 등장한 것이 커넥션 풀이다.
• 커넥션 풀은 애플리케이션 서버 내에서 DB 커넥션 정보를 보관하는 저장소다.
• 커넥션 풀은 필요한 만큼 DB 커넥션을 확보에서 보관하고 있는다.
• 커넥션 풀에 DB 커넥션이 존재하는지 확인 및 획득하고 사용 완료하면 반환하는 방식이다.
  • 애플리케이션 로직에서 DB 드라이버로 커넥션을 바로 요청하는 방식이 아니다.
  • 주의해야할 점은 커넥션을 종료하는 것이 아니라 커넥션이 살아있는 상태로 커넥션 풀에 반환해야 한다.
• 서비스의 특징이나 서버 스펙에 따라 다르지만 보통은 커넥션 풀에 보관할 수 있는 DB 커넥션의 최대 개수를 10개로 지정한다.
• 커넥션 풀은 개념적으로 매우 단순하다.
  • 그래서 직접 구현해서 튜닝하기도 편한 쪽에 속한다.
  • 그래도 사용도 편리하고 성능도 뛰어난 오픈소스를 사용하는 것이 좋다.
    • 예시 : commons-dbcp2, tomcat-jdbc pool, HikariCP
• 성능과 사용의 편리함 측면에서 최근에는 hikariCP를 주로 사용한다.
  • 스프링 부트 2.0 부터는 기본 커넥션 풀로 hikariCP를 제공한다.
  • 성능, 사용의 편리함, 안전성 측면에서 이미 검증이 되어있다.
  • 실무에서도 레거시 프로젝트가 아닌 이상 대부분 hikariCP를 사용한다.

DataSource 이해

• DB 커넥션은 JDBC DriverManager나 커넥션 풀을 사용하는 등 얻을 수 있는 방법이 다양하다.
• 그런데 만약에 JDBC DriverManager를 사용하다가 커넥션 풀을 통해 DB 커넥션을 얻게 방법을 바꾸려하면 어떻게 될까?
  • 애플리케이션 로직에서 DB 커넥션을 얻는 코드를 변경해야 한다.
  • 사용법도 조금씩인 다를 것이기 때문에 사용법도 확인해봐야 한다.

데이터 소스 등장

• 그래서 자바에서는 javax.sql.DataSource라는 인터페이스를 제공한다.
  • 커넥션을 획득하는 방법을 추상화하는 인터페이스다.
• 커넥션 조회를 하는 것이 핵심 기능이다.
  • 다른 기능도 존재하기는 하는데 커넥션 조회가 핵심이다.
• 대부분의 커넥션 풀은 DataSource 인터페이스를 구현해두었다.
  • 그래서 커넥션 풀 기술을 변경하고 싶으면 해당 구현체로 바꾸기만 하면 된다.
• 다만 DriverManager는 DataSource 인터페이스를 사용하지 않는다.
  • 그래서 DriverManager는 직접 사용해야 한다.
  • 아니면 스프링에서 제공하는 DriverManagerDataSource라는 클래스를 사용하면 된다.

DataSource 예제1 - DriverManager

DriverManager 테스트

• 기존에 개발했던 DriverManager를 통해서 커넥션을 획득하는 방법을 확인해보자.

package hello.jdbc.connection;

import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.junit.jupiter.api.Test;
import java.sql.Connection;
import java.sql.DriverManager;
import java.sql.SQLException;
import static hello.jdbc.connection.ConnectionConst.*;

@Slf4j
public class ConnectionTest {
    @Test
    void driverManager() throws SQLException {
        Connection con1 = DriverManager.getConnection(URL, USERNAME, PASSWORD);
        Connection con2 = DriverManager.getConnection(URL, USERNAME, PASSWORD);
        log.info("connection={}, class={}", con1, con1.getClass());
        log.info("connection={}, class={}", con2, con2.getClass());
    }
}

• 실행해보면 아래와 같은 실행 결과가 나온다.

  connection=conn0: url=jdbc:h2:tcp://localhost/~/test user=SA, class=class org.h2.jdbc.JdbcConnection
  connection=conn1: url=jdbc:h2:tcp://localhost/~/test user=SA, class=class org.h2.jdbc.JdbcConnection

DriverManagerDataSource 테스트

• 이번에는 스프링에 제공하는 DriverManagerDataSource를 통해서 커넥션을 획득하는 방법을 확인해보자.

@Test
void dataSourceDriverManager() throws SQLException {
    //DriverManagerDataSource - 항상 새로운 커넥션 획득
    DriverManagerDataSource dataSource = new DriverManagerDataSource(URL, USERNAME, PASSWORD);

    Connection con1 = dataSource.getConnection();
    Connection con2 = dataSource.getConnection();
    log.info("connection={}, class={}", con1, con1.getClass());
    log.info("connection={}, class={}", con2, con2.getClass());
}

• 실행해보면 아래와 같은 실행 결과가 나온다.

  connection=conn0: url=jdbc:h2:tcp://localhost/~/test user=SA, class=class org.h2.jdbc.JdbcConnection
  connection=conn1: url=jdbc:h2:tcp://localhost/~/test user=SA, class=class org.h2.jdbc.JdbcConnection

DataSource와 DriverManagerDataSource의 차이점

• DataSource는 커넥션을 가져올 때 접속 정보를 항상 넘겨줘야 한다.
  • Connection con1 = DriverManager.getConnection(URL, USERNAME, PASSWORD);
  • Connection con2 = DriverManager.getConnection(URL, USERNAME, PASSWORD);
• DriverManagerDataSource는 처음 생성할 때만 넘기면 된다.
  • DriverManagerDataSource dataSource = new DriverManagerDataSource(URL, USERNAME, PASSWORD);
  • Connection con1 = dataSource.getConnection();
  • Connection con2 = dataSource.getConnection();

DataSource 예제2 - 커넥션 풀

• 이번에는 DataSource를 통해 커넥션 풀을 사용하는 예제를 알아보자.
  • com.zaxxer.hikari.HikariDataSource를 사용하면 된다.

@Test
void dataSourceConnectionPool() throws SQLException, InterruptedException {
    //커넥션 풀링: HikariProxyConnection(Proxy) -> JdbcConnection(Target)
    HikariDataSource dataSource = new HikariDataSource();
    dataSource.setJdbcUrl(URL); //JDBC URL 지정
    dataSource.setUsername(USERNAME); //사용자명 지정
    dataSource.setPassword(PASSWORD); //비밀번호 지정
    dataSource.setMaximumPoolSize(10); //커넥션 풀의 최대 사이즈 지정
    dataSource.setPoolName("MyPool"); //풀 이름 지정
    useDataSource(dataSource);
    Thread.sleep(1000); //커넥션 풀에서 커넥션 생성 시간 대기
}

• 실행해보면 아래와 같은 실행 결과가 나온다.

  MyPool - Starting…
  MyPool - Added connection conn0: url=jdbc:h2:tcp://localhost/~/test user=SA
  MyPool - Start completed.
  connection=HikariProxyConnection@873175411 wrapping conn0: url=jdbc:h2:tcp://localhost/~/test user=SA, class=class com.zaxxer.hikari.pool.HikariProxyConnection
  connection=HikariProxyConnection@1495608502 wrapping conn1: url=jdbc:h2:tcp://localhost/~/test user=SA, class=class com.zaxxer.hikari.pool.HikariProxyConnection

• 커넥션 풀에서 커넥션을 생성하는 작업은 애플리케이션 실행 속도에 영향을 주지 않기 위해 별도의 쓰레드에서 작동한다.
  • 별도의 쓰레드에서 동작하기 때문에 테스트가 먼저 종료되어 버린다.
  • 위 코드처럼 Thread.sleep 을 통해 대기 시간을 주어야 쓰레드 풀에 커넥션이 생성되는 로그를 확인할 수 있다

logback.xml

• 스프링 부트 3.1 이상에서는 히카리 커넥션 풀을 테스트하는 dataSourceConnectionPool()를 실행하면 간략한 로그만 출력된다.
  • 자세한 로그를 보려면 resources 폴더에 logback.xml 파일을 추가하자.

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<configuration>
    <appender name="STDOUT" class="ch.qos.logback.core.ConsoleAppender">
        <encoder>
            <pattern>%d{HH:mm:ss.SSS} [%thread] %-5level %logger{36} -%kvp-
                %msg%n</pattern>
        </encoder>
    </appender>
    <root level="DEBUG">
        <appender-ref ref="STDOUT" />
    </root>
</configuration>

DataSource 적용

• 이번에는 애플리케이션에 DataSource를 적용해보자.
• 기존 코드 유지 및 비교를 위해 V0으로 만들어진 2개의 파일을 복사해서 V1으로 만들자.
  • MemberRepositoryV0 => MemberRepositoryV1
  • MemberRepositoryV0Test => MemberRepositoryV1Test

생성자 주입

• DataSource를 선언하고 생성자를 통해 주입받는 코드를 만들어주자.
  • 외부에서 DataSource 를 주입 받아서 사용한다.
  • 이제 직접 만든 DBConnectionUtil을 사용하지 않아도 된다.
• DataSource 는 표준 인터페이스다.
  • 그래서 DriverManagerDataSource에서 HikariDataSource로 변경되어도 해당 코드를 변경하지 않아도 된다.

private final DataSource dataSource;
    
public MemberRepositoryV1(DataSource dataSource) {
    this.dataSource = dataSource;
}

DB 커넥션 얻기

• DB 커넥션을 얻을 때 DataSource를 통해 얻도록 수정해주자.

//DB 접속 정보 가져오기
private Connection getConnection() throws SQLException {
    Connection con = dataSource.getConnection();
    log.info("get connection={}, class={}", con, con.getClass());
    return con;
}

DB 커넥션 종료하기

• JdbcUtils를 통해 DB 커넥션을 종료하도록 수정해주자.
  • JdbcUtils는 스프링이 제공하는 JDBC를 편리하게 다룰 수 있는 메소드들을 제공하는 유틸리티 클래스다.
• JdbcUtils를 사용하면 커넥션을 좀 더 편리하게 닫을 수 있다.

//DB 접속 종료시키기
private void close(Connection con, Statement stmt, ResultSet rs) {
    JdbcUtils.closeResultSet(rs);
    JdbcUtils.closeStatement(stmt);
    JdbcUtils.closeConnection(con);
}

테스트

• 이번에는 MemberRepositoryV1Test로 이동해서 테스트 코드를 고쳐보자.
  • 리포지토리를 가져오는 코드만 변경하면 된다.
• @BeforeEach를 통해서 테스트가 실행되기 전에 MemberRepositoryV1에 의존관계 주입이 발생하도록 했다.

//기존
//MemberRepositoryV0 repository = new MemberRepositoryV0();

MemberRepositoryV1 repository;

@BeforeEach
void beforeEach() throws Exception {
    //커넥션 풀링: HikariProxyConnection -> JdbcConnection
    HikariDataSource dataSource = new HikariDataSource();
    dataSource.setJdbcUrl(URL);
    dataSource.setUsername(USERNAME);
    dataSource.setPassword(PASSWORD);
    repository = new MemberRepositoryV1(dataSource);
}

출처

• 스프링 DB 1편 - 데이터 접근 핵심 원리