JPA란 무엇인가 (Before JPA, 영속성 컨텍스트, Entity, JPQL, 트랜잭션, N+1 문제)

• 참조문서
  • https://hibernate.org/orm/documentation/5.4/
  • https://docs.jboss.org/hibernate/orm/5.4/userguide/html_single/Hibernate_User_Guide.html
  • https://docs.jboss.org/hibernate/jpa/2.2/api/overview-summary.html
  • 자바 ORM 표준 JPA 프로그래밍 (김영한 저)
  • https://www.slideshare.net/NHNFORWARD/2018-mybatis-jpa

1. JPA 란?

• Java Persistence API 의 약자로 java진영의 ORM 표준스펙이다.
• 높은 생산성을 가져다주며,
• 동아시아(한중일)를 제외하고는 Data Access 레이어에 JPA를 대부분 사용중
• JPA는 이미 검증된 기술

1-1. Before JPA

• JDBC
• Spring JdbcTemplate
• iBatis, MyBatis
  • 장점
    • JDBC를 좀 더 편하게 사용할 수 있도록, 객체를 메소드(=SQL)와 맵핑함 (JPA는 테이블과 맵핑)
    • SQL Mapper 이며 단순하면서도, SQL을 직접 다루어서 강력함
    • 소스코드와 SQL을 분리
  • 단점
    • 반복적인 코드, SQL을 개발자가 직접 작성
    • SQL과 DBMS 벤더에 종속성

1-2. 역사

• 하이버네이트가 먼저 만들어짐
• java 진영에서 하이버네이트를 기반으로 JPA 명세 작성
  • Hibernate (de facto)
  • EclipseLink
  • DataNuclues
• JPA 1.0 (JSR 220, 2006년) : 초기버전, 복합 키와 연관관계 기능 부족
• JPA 2.0 (JSR 317, 2009년) : 대부분의 ORM 기능 포함, JPA Criteria 추가
• JPA 2.1 (JSR 338, 2013년) : 스토어드 프로시저 접근, 컨버터, 엔티티 그래프 기능이 추가

1-3. 단점

• 높은 학습 곡선
• JPQL의 한계
  • ex) 인라인뷰
  • 다만, Native SQL 작성 지원
  • CQRS(커맨드와 쿼리를 분리)로 극복 가능 등

2. JPA를 사용하지 않았을 때 (JPA의 필요성의 대두)

• SQL 위주의 반복적인 개발
  • 개발자가 코드수정시 항상 SQL 맵퍼적인 작업까지 해줘야함
  • ex) 필드 추가 시 SQL 모두 수정필요
• 특정 벤더, DBMS 에 강결합
  • ex) 페이징 처리시 Oracle은 ROWNUM, MySQL은 LIMIT 등
• 객체와 RDB의 차이에 따른 제약
  • 상속
    • 생성 : RDB는 INSERT를 두번 쳐야함
    • 조회 : 1대1 JOIN을 통해 구현
    • 위 SQL들이 복잡해지다보니, RDB에서 상속구조를 잘사용치않고 풀어써버림
  • 연관관계
    • JOIN을 통해 표현 가능하나, RDB table에는 FK 칼럼만 있음
    • 보통, 객체모델에 이 FK 칼럼명으로 필드를 선언함
    • 즉, 객체를 테이블에 맞춰서 모델링하게 됌
  • 객체 그래프
    • 객체 모델이 정의되어있어도, SQL 로 Select 해서 채우지않는다면, null 이 들어있음. 엔티티 신뢰의 문제
  • 데이터 타입
• 결론적으로, 객체답게 모델링할 수록, SQL 맵핑작업이 매우 늘어나게 된다.

3. JPA의 내부 동작 방식

3-1. JPA는 JDBC API를 사용

3-2. 영속성 컨텍스트

• 엔티티를 영구 저장하는 환경이며, 엔티티 매니저를 생성할 때, 하나만 만들어진다.
  • 즉, 엔티티 매니저를 통해서만 접근과 관리가 가능
  • Map<Id, Entity> 으로 관리
• 엄밀하게 말하면 entityManager.persist(member); 를 실행하면, DB에 저장하는게 아니라 영속성 컨텍스트에 저장한다
  • 트랜잭션이 커밋되는 시점에 DB로 쿼리가 날라가는 것. (flush 된다고 함)
• 엔티티의 생명주기
  • 비영속(new/transient): 영속성 컨텍스트와 전혀 관계가 없는 새로운 상태
  • 영속(managed): 영속성 컨텍스트에 관리되는 상태
  • 준영속(detached): 영속성 컨텍스트에 저장되었다가 분리된 상태
  • 삭제(removed): 삭제된 상태

• 엔티티의 생명주기에 따라 특정 이벤트를 처리하기
  • 리스너나 어노테이션 등록
  • https://www.baeldung.com/jpa-entity-lifecycle-events
  • @PostLoad, @PrePersist, @PreUdate, @PreRemove, @PostPersist, @PostUpdate, @PostRemove엔티티의 생명주기
• 영속성 컨텍스트가 있음으로서 얻는 장점
  • 1차캐시와 동일성(identity) 보장
    • 동일한 트랜잭션에서 조회한 엔티티는 같음을 보장한다. member1 == member2
    • DB Isolation Level 이 Read Commit 이어도, 어플리케이션에서 Repeatable Read 보장
  • 트랜잭션을 지원하는 쓰기 지연
    • 트랜잭션 커밋할때까지 버퍼에 INSERT 쿼리 모았다가 배치 전송
    • UPDATE, DELETE 은 row lock 최소화하는 효과
  • 변경 감지(Dirty Checking)
    • setter 로 엔티티모델이 수정되면, 컨텍스트 내 스냅샷과 비교해보고, flush 될때 update SQL 로 실행
    • 변경된 필드만 update set 하지는 않고, 전체 필드를 update한다.
      • 장점 : 쿼리 재사용
      • 단점 : 네트워크 전송량은 증가
    • 영속 상태의 엔티티에만 적용된다.
  • 지연 로딩과 즉시 로딩
    • 지연로딩 : 객체가 실제 사용될 때 로딩
      • ex) member.getTeam().getName(); // name 을 참조할 때, SELECT * FROM TEAM 쿼리 전송
    • 즉시로딩 : JOIN SQL 로 한번에 연관된 객체까지 미리 조회
    • 상황에 따라 옵션을 통해 조정가능

3-3. flush

• 영속성 컨텍스트의 변경 내용을 DB에 반영한다.
  • flush 된다고, 영속성 컨텍스트를 비우지는 않는다. 동기화시키는 것 뿐
• flush 의 실행순서
  1. 변경감지가 동작하여 스냅샷과 비교하여 수정된 엔티티를 탐색
  2. 수정된 엔티티는 update sql 을 만들어서 SQL저장소에 등록
  3. SQL저장소에 있는 insert, update, delete 쿼리들을 DB로 전송
• flush 를 수행하는 방법
  1. flush() 메소드 실행
  2. commit 하면 자동 호출됨
  3. jpql 쿼리 실행
• FlushModeType
  • AUTO : 커밋이나 쿼리(jpql)할 때 실행
  • COMMIT : 커밋할 때만 실행

3-4. 2차 캐시

• 어플리케이션 범위의 캐시
• 1차캐시 조회 시 없으면, 2차캐시를 조회하게된다. 기본 키를 기준으로 캐시한다.
• 동시성 이슈때문에 항상 복사본을 반환해준다.
• 영속성 컨텍스트가 다르면, 객체동일성을 보장하지 않는다.
• provider 로 ehcache, redis 등을 사용 가능
• SharedCacheMode 설정
  • ALL : 모든 엔티티를 캐시
  • NONE : 캐시 사용안함
  • ENABLE_SELECTIVE : Cacheable(true)로 설정된 엔티티만 캐시를 적용
  • DISABLE_SELECTIVE : 모든 엔티티를 캐시하는데 Cacheable(false)로 설정된 엔티티만 제외하여 캐시함
  • UNSPECIFIED : JPA 구현체가 정의한 설정에 따름

4. Hello World!

4-1. 설정 관련

• dialect 설정
  • JPA는 특정 벤더, DBMS에 종속되지 않음
  • 그러나, 각각의 DBMS가 제공하는 SQL 문법과 함수가 조금씩 다름
    • 가변문자 데이터타입 : MySQL 은 VARCHAR, Oracle 은 VARCHAR2
  • 따라서, 구현체가 맵핑해놓은 dialect 를 설정하여 특정 DBMS의 고유한 기능들을 이용
    • org.hibernate.dialect.MySQL5InnoDBDialect
    • hibernate는 40여가지를 지원
• JpaTransactionManager
  • MyBatis에서는 DataSourceTransactionManager 를 사용했으나,
  • JPA 에서는 자체 트랜잭션 매니저 사용

4-2. 핵심 코드

EntityManagerFactory emf = Persistence.createEntityManagerFactory("unit명"); // 어플리케이션 당 1개만 존재
EntityManager em = emf.createEntityManager(); // thread-safe 하지 않음 (한번쓰고 버려야함)
EntityTranscation tx = em.getTranscation(); // 모든 데이터 변경은 트랜잭션 안에서 실행해야함
tx.begin();
// 비즈니스 코드
tx.commit();
em.close()
emf.close();

4-3. EntityManagerFactory

• EntityManager 를 생성하는 Factory 다.
• MyBatis 에서의 SqlSessionFactory 에 해당한다.
• 어플리케이션 전체에서 하나만 생성해서 공유해야한다.
• Persistence 를 통해 생성가능
  • Persistence.createEntityManagerFactory("unit명");

4-4. EntityManager

• 내부적으로 DB커넥션을 물고 동작한다.
• MyBatis 로 치면, SqlSession 이다.

 

public interface EntityManager {
    public <T> T find(Class<T> entityClass, Object primaryKey);
    public void persist(Object entity);
    public <T> T merge(T entity);
    public void remove(Object entity);
    // 생략...
}

4-5. CRUD

• 저장: jpa.persist(member)
• 조회: Member member = jpa.find(memberId)
• 수정: member.setName("devljh")
• 삭제: jpa.remove(member)

5. Entity

• Entity : JPA를 이용해서 DB 테이블과 맵핑할 클래스

5-1. 엔티티 모델 어노테이션

5-1-1. 기본

• @Entity : JPA가 관리할 객체임을 명시
  • 기본생성자가 필수로 필요함
• @Table : 맵핑할 DB 테이블 이름을 명시
• @Id : 기본 키(PK)
• @GeneratedValue : 기본 키 맵핑 전략
  • strategy : 자동할당
    • TABLE : 채번 테이블을 사용
    • SEQUENCE : DB 시퀀스를 사용
    • IDENTITY : DB에 위임
    • AUTO : 설정된 Dialect 에 따라 자동 선택 (MySQL은 IDENTITY, Oracle은 SEQUENCE)
  • generator : 직접할당
• @Column : 필드와 칼럼을 맵핑
  • name : 칼럼명
  • nullable : NOT NULL 여부
  • unique
  • updatable
• @Temporal : 날짜 타입 매핑
  • DATE : 날짜만
  • TIME : 시간만
  • TIMESTAMP : 날짜+시간
• @Transient : 특정 필드를 칼럼에 맵핑하지 않음

5-1-2. 복합키

• 복합키 설정 방식 2가지
• @IdClass
  • Entity 레벨에서 선언
  • 필드레벨에서는 @Id N개 선언
• @EmbeddedId
  • 필드 레벨에서 선언
  • 복합키 클래스에 @Embeddable 선언

5-1-3. 외래키(FK)

• @JoinColumn

5-1-4. 연관관계 설정, 다중성

• @OneToOne : 일대일(1:1)
• @OneToMany : 일대다(1:N)
  • 설정가능한 옵션들
  • Class targetEntity() default void.class;
  • CascadeType[] cascade() default {};
  • FetchType fetch() default LAZY;
  • String mappedBy() default "";
  • boolean orphanRemoval() default false;
• @ManyToOne : 다대일(N:1)
• @ManyToMany : 다대다(N:M)

5-2. 연관관계

5-2-1. 방향성

• 단방향
• 양방향
  • 관계의 주인 설정 필요
    • 연관 관계의 주인은 외래 키(FK)가 있는 곳
    • 연관 관계의 주인이 아닌 경우, mappedBy 속성으로 연관 관계의 주인을 지정해야함
• cf) 단방향으로 설정하는 것을 권장
  • 양방향으로 설정 시, 고려할 부분이 많아짐. (양방향은 디펜던시 사이클 등의 문제가 있음)

5-2-2. 영속성 전이(CascadeType)

• 연관 관계가 설정된 Entity 간, 영속성 전이를 설정할 수 있음
• ALL : 모든 변경 상황에, 하나의 엔티티가 변경되면 연관관계에 있는 다른 엔티티도 변경된다
• PERSIST
• MERGE
• REMOVE
• REFRESH
• DETACH

5-2-3. Fetch Startegy

• 하나의 Entity 가 로딩될 때, 연관 관계가 있는 다른 Entity 의 로딩 전략을 설정할 수 있음
• EAGER : 즉시로딩
• LAZY : 지연로딩 (default)

5-3. 스키마 자동생성

• hibernate.hbm2ddl.auto 속성
• 개발장비에서만 사용할 것, 운영장비에서는 위험하다.

6. JPQL (Java Persistence Query Language)

• 참조문서
  • https://data-make.tistory.com/614
• 테이블이 아닌 엔티티 객체를 대상으로 검색하는 객체지향 쿼리
• SQL을 추상화해서 특정 데이터베이스의 SQL에 의존하지 않음
• JPA는 JPQL을 분석한 후, 적절한 SQL을 만들어서 DBMS에 질의
  • Dialect 만 수정해주면 됨

6-1. 문법 메모

• Select
  • 테이블명 대신 엔티티명(@Entity(name="엔티티명"))을 사용
  • 별칭 필수

6-2. fetch join

• 일반조인과 페치조인의 차이점
  • https://stackoverflow.com/questions/17431312/what-is-the-difference-between-join-and-join-fetch-when-using-jpa-and-hibernate
  • 페치조인은 연관관계까지 고려하여 select 절 작성
  • 일반조인은 연관관계를 고려하지 않고 select 절이 작성되기 때문에, 컬렉션이 채워지지 않게되며, null 이기 때문에 추가로딩이 발생함

7. 트랜잭션

7-1. 낙관적 Lock

• 엔티티 모델에 버전 필드를 만들고 @Version 선언
• 최초에 0으로 초기화되며, 변경이 있을때마다 1씩 증가
• 엔티티 수정 시, 조회 시점의 버전과 수정 시점의 버전이 다르면 OptimisticLockException 발생

7-2. 비관적 Lock

• DBMS의 트랜잭션 락 매커니즘에 의존
• ex) select for update

8. 설계 시 참고할 것

8-1. N+1 문제

• 원인 : A엔티티를 조회하는데, A가 List<B>를 갖고있어서, B를 즉시 또는 지연 로딩해오는데, N회 쿼리가 발생함. 즉, N+1 회 쿼리 발생
• 해결
  1. 하이버네이트 @BatchSize : 지정한 size만큼 SQL의 in절을 이용해서 한번에 조회한다.
     • 단점 : 패치전략의 변경, size 정적 고정
  2. 조인을 사용 : 페치 조인을 사용하면 연관관계를 함꼐 조회함
     • 단점 : 페이징API 사용불가능, 두개이상의 컬렉션부터는 페치 조인 불가능 (MultipleBagFetchException)

8-2. 도메인 모델과 엔티티 모델의 분리

• 엔티티 모델은 JPA의 어노테이션들이 붙을 수 밖에 없음
• 도메인 모델은 가능한 모든 기술로부터 독립되는 것이 이상적
  • 엔티티모델에서 to도메인모델() 같은 메소드를 통해 변환메소드 제공
• 엔티티 모델을 그대로 사용할 경우, 컨트롤러, 뷰 레이어까지 트랜잭션이나 지연로딩 등을 활용할 순 있으나, 권장하진 않음.
  • 1안) OSIV(Open Session In View)을 false로 설정하자
  • 2안) DTO 로 분리