Spring DB : 커넥션 풀

이 글은 인프런 김영한님의 강의를 복습하며 작성한 글입니다.

Driver Manager와 DB 커넥션

DB에 접근하기 위해서는 반드시 DB 커넥션이 필요하다. 그런데 JDBC의 DB Driver를 이용하는 경우 매번 DB Connection을 맺고 끊어야 한다는 문제점이 있다. 그렇다면 DB Connection을 맺고 끊는 것이 어떻길래 문제가 있다는 것일까?

 

DriverManager의 DB 커넥션 획득 순서

다음은 사용자 요청이 왔을 때, DB Connection을 가져오는 방법이다.

1. 서비스 계층, 비즈니스 로직은 DB 드라이버를 통해 Connection을 조회함.
2. DB 드라이버는 DB와 TCP/IP 커넥션을 연결한다.  이 과정에서 네트워크 연결을 위한 3 Way HandShaking 같은 네트워크 동작이 발생함.
3. DB 드라이버는 TCP/IP 커넥션이 연결되면, DB에 인증 정보를 전달해준다. 
4. DB는 인증정보를 바탕으로 인가 해준다. 인가 처리가 완료되면 DB 세션이 생긴다. 
5. DB는 세션이 생성되면, 커넥션이 완료된 것을 DB 드라이버에게 전달해준다.
6. 응답을 받은 DB 드라이버는 커넥션 객체를 생성하고, 그것을 비즈니스 로직 / 서비스 계층에게 반환해준다. 

요청이 올 때 마다 DB 커넥션을 새로 만드는 것은 과정도 복잡하고 시간이 많이 소모되는 일이다. 기본적으로 TCP/IP 연결을 맺기 위해 TCP/IP 통신을 하는 것은 꽤 많은 비용이 든다고 한다. 이런 이유 때문에 요청이 올 때 마다 DB 커넥션을 만드는 일은 클라이언트 / 서버 / DB 입장에서 많은 리소스가 필요한 일이된다. 

사용자 입장에서는 SQL이 실행되어 결과가 전달될 때까지의 시간 뿐만이 아니라, DB 커넥션을 맺어야 하는 시간까지 필요하기 때문에 나쁜 유저 경험을 하게 된다. 따라서 매번 DB 커넥션을 맺어야 하는 부분의 최적화가 필요한데,  '커넥션 풀'을 통해 이 문제를 해결한다. 

 

커넥션 풀 

커넥션 풀은 미리 커넥션을 만들어서 풀 형태로 관리한다. 커넥션 요청이 올 경우, 해당 커넥션을 빌려주고 커넥션을 다 쓴 사용자가 반환하면 다시 그 풀을 관리하는 형태로 동작한다. 

 

커넥션 풀 초기화

어플리케이션 시작 시점에 커넥션 풀은 필요한만큼의 커넥션을 미리 확보해서 풀에 보관해둔다. 커넥션 풀에 보관하는 커넥션의 최대 갯수는 서버 / 어플리케이션 종류 / DB 스펙마다 다르지만, 기본값은 보통 10개로 설정된다고 한다. 

 

커넥션 풀 연결 상태

커넥션 풀에 있는 커넥션은 DB와 TCP / IP를 통해서 연결이 되어있는 상황이다. 그리고 각 커넥션은 그에 해당되는 각각의 DB 세션이 존재한다. 커넥션은 TCP/IP 연결이 되어있는 상태이기 때문에 SQL이 오면, 바로 DB에 SQL문을 보내서 세션을 통해 실행할 수 있다. 

 

커넥션 풀 사용

• 어플리케이션이 DB에 접근이 필요한 경우, 커넥션 풀에 커넥션을 요청한다.
• 커넥션 풀은 어플리케이션에게 가지고 있던 커넥션을 제공한다. 이 때, 어플리케이션은 커넥션을 객체 참조로 가져다 사용한다.

• 어플리케이션은 커넥션 풀에게서 전달받은 커넥션을 이용해 DB에서 필요한 데이터를 성공적으로 가져와 비즈니스 로직을 마무리 한다.
• 어플리케이션은 커넥션을 다 사용하고 나면, 커넥션을 다시 커넥션 풀에 반환한다. 커넥션 풀은 반환된 커넥션을 다시 커넥션 풀에서 관리한다. 그리고 추후에 다시 커넥션 제공 요청이 올 경우, 커넥션을 재사용할 수 있도록 한다. 

커넥션 풀은 다음과 같은 형태로 사용이 된다. 이 때, DriverManager를 사용해 커넥션을 얻던 시절과 달라지는 점은 크게 두 가지가 있다.

1. 커넥션풀의 커넥션은 이미 DB 연결이 되어있다. 따라서 DB와 TCP/IP 통신을 통해 연결하는 절차가 생략된다.
2. 다 사용된 커넥션은 커넥션 풀에 반납해야한다. 이전에는 커넥션을 닫았지만, 커넥션을 닫는 경우 커넥션을 사용하지 못하게 된다. 따라서 커넥션을 반납해야한다. 

 

 

커넥션 / 세션 H2 DB에서 살짝 맛보기?

DB와 TCP/IP 통신을 통해 커넥션을 맺는 것이 무엇인지 정확하게 이해를 하지 못했다. 그런데 H2 DB를 이용하면 그 부분을 좀 더 눈에 보이게 확인할 수가 있다.

H2 DB에 접속하면 다음과 같은 웹 페이지가 뜬다. 현재 이 상태는 DB와 내 웹 브라우저가 통신을 통해서 결과를 전송받은 상태라고 볼 수 있다. 이 때, 사용자명과 비밀번호를 치고 '연결'을 클릭한다. 그러면 아래 동작이 수행될 것이다

1. TCP/IP 연결을 한다(3Way Handshaking)
2. TCP/IP 연결이 완료되면 사용자명 / 비밀번호를 DB에 전달한다.
3. DB는 인증정보를 바탕으로 인가처리하고 응답해준다.

응답하면 다음과 같은 화면을 볼 수 있다. 현재 이 상태는 DB와 내 웹 브라우저가 커넥션이 생성되었고, 연결되어있는 상태다. 그리고 현재 내 웹 브라우저에 해당되는 세션이 DB에 생성되어있는 상태로 이해를 할 수 있다. 이제 여기서 SQL문을 작성해서 보내면, 내 커넥션을 통해 세션에 SQL이 전달되고, 세션을 통해 SQL이 실행된다. 

 

 

커넥션 풀 정리

1. 커넥션 풀을 이용해 미리 만들어 둔 커넥션을 요청이 올 때 마다 전달을 해주면서, TCP/IP 연결 비용을 최소화한다.
2. 커넥션 풀의 적절한 커넥션 숫자는 서비스 특징 / 어플리케이션 서버 스펙 / DB 서버 스펙에 따라 다르다. 이는 성능 테스트를 통해 결정해야 한다. 기본값은 10이다. 
3. 커넥션 풀은 서버 당 최대 커넥션 수를 제한한다. 따라서 DB를 보호하는 방법이 될 수 있다. 예를 들어 무한정 DB 커넥션을 생성할 경우, 무한히 많은 DB 세션이 생기면 DB가 폭파될 수 있다.
4. 스프링부트는 기본적으로 커넥션 풀을 사용한다. 스프링부트가 기본적으로 사용하는 커넥션 풀은 HikariCP다.