JPA 개요 및 영속성 컨텍스트

1. JPA(Java Persistence API) 개요

Persistence 영속성 -> 영속성 프레임워크( 데이터베이스 다루는 프레임워크)

HIBERNATE 라는 프레임워크를 자바언어로 

1-1. JPA란?

• 자바 진영의 ORM(Object Relational Mapping : 객체 관계 매핑하는 기술) 기술 표준으로, ORM 기술을 사용하기 위한 표준 인터페이스의 모음이다.
• ORM은 자바 객체와 DB테이블을 매핑하고 자바 객체간의 관계를 토대로 SQL을 생성 및 실행 할 수 있으며 대중적인 언어에는 대부분 ORM 기술이 존재한다.
• JPA 2.1 기준 표준 명세를 구현한 구현체들(Hibernate, EclipseLink, DataNucleus) 중에 대부분 Hibernate를 사용하므로 JPA를 활용하기 위해서는 Hibernate를 사용하게 된다.

1-2. JPA의 특징

• 영속성 컨텍스트가 엔티티를 생명주기를 통해 관리한다.
• native SQL을 통해 직접 SQL을 해당 DB에 맞게 작성할 수도 있다.
• DBMS별로 dialect를 제공한다.

1-3. JPA의 사용 이유

1-3-1. JPA의 장점

• 객체지향과 관계지향이라는 서로 다른 패러다임 불일치를 해소해 주며, SQL 중심이 아닌 객체지향 패러다임 중심의 개발이 가능하다.
• 개발자가 직접 SQL을 따로 작성하지 않아도 SQL문을 작성해 주므로 생산성이 향상된다.
• SQL을 수정할 필요가 없으므로 설정 및 필드 변경시 SQL이 자동 수정되어 유지보수가 향상된다.
• DB의 종류에 따라 SQL문에 있어 다소 차이가 있지만 JPA는 개발자 대신 이를 판단하고 해당 DB에 맞는 SQL을 작성해 준다.
• 캐시를 활용한 성능 최적화로 인해 트랜잭션을 처리하는 시간이 굉장히 많이 단축된다.

1-3-2. JPA의 단점

• 너무 복잡한 SQL을 작성하기에는 적합하지 않다.
• JPA를 제대로 이해하지 못하고 작성시 성능저하가 발생할 수 있다. (ex. N+1문제 : 1개의 쿼리로 충분한 데이터를 가져올 수 있는 경우에도, N개의 추가 쿼리를 실행하여 데이터를 가져오게 되는 상황)
• 객체지향 패러다임과 관계형 데이터베이스 패러다임에 대한 이해가 없는 상태로는 제대로 이해할 수 없다.
• 복잡한 동적 SQL같은 경우 순수 JPA만으로는 부족한 부분에 있어 추가 라이브러리를 활용해야 할 경우가 생길 수 있다.

1-4.마이바티스(MyBatis)와 JPA

• Mybatis는 SQL Mapper로 SQL Mapping을 사용하는 영속성(DB저장) 프레임워크이다. 개발자가 직접 SQL코드를 작성하고 객체에 대해 매핑을 위한 설정을 모두 직접 처리해야 한다. 또한, 수정이 이루어질 시 SQL뿐 아니라 매핑 될 객체까지 같이 수정해야 하는 번거로움이 있다.
• JPA와 마이바티스는 분류상 서로 다르다. JPA는 ORM 기술이고, Mybatis는 SQL Mapper의 한 종류이다.
• 어플리케이션이 고도화 되면 JPA를 구현하여 손이 많이 가는 것 보다 Mybatis가 답이 될 수도 있다. (JPA가 무조건 좋은 것이 아니다. 다만 JPA는 추가 라이브러리를 활용하면 복잡한 SQL이나 동적 SQL에 있어서 도움을 받을 수 있다.)

1-5. JPA의 원리

1-5-1. JPA의 기본 동작방식

• Java 애플리케이션과 JDBC사이에서 동작하며 내부적으로 JDBC API를 활용한다.
• JPA는 엔티티를 저장하는 환경인 영속성 컨텍스트(Persistence Context)를 통해 엔티티를 보관하고 관리한다.
• [엔티티(Entity)]: @Entity, @Table, @Id, @Column과 같은 어노테이션을 통해 SQL이 아닌 DB 테이블과 매핑되게 작성된 클래스

//엔티티 객체로 만들기 위한 어노테이션. 다른 패키지에 동일 이름의 클래스가 존재하면 name 지정필요
@Entity(name="SECTION02_MENU")	

@Table(name="TBL_MENU")	             	    //데이터베이스에 매핑될 테이블 이름 설정.
@SequenceGenerator(			    //시퀀스 생성 어노테이션
	name="SEQ_MENU_CODE_GENERATOR",	 //해당 시퀀스 설정에 대한 이름
	sequenceName="SEQ_MENU_CODE",	 //사용할 시퀀스 이름
	initialValue=100,		 //초기값인데 아무 값이라도 지정은 해주어야 한다. (DB 설정을 따름)
	allocationSize=1		 //증가값
)
public class Menu {
	
	@Id						//PK에 해당하는 속성에 지정
	@Column(name="MENU_CODE")			//데이터베이스에 대응되는 컬럼명 지정
	@GeneratedValue(
			strategy=GenerationType.SEQUENCE,	//값 생성 시 시퀀스 전략을 이용하겠다는 설정
			generator="SEQ_MENU_CODE_GENERATOR"	//사용할 시퀀스 설정 이름
	)
	private int menuCode;
	@Column(name="MENU_NAME")
	private String menuName;
	@Column(name="MENU_PRICE")
	private int menuPrice;
	@Column(name="CATEGORY_CODE")
	private int categoryCode;
	@Column(name="ORDERABLE_STATUS")
	private String orderableStatus;
    
    
    
    ... 생략...
    }

 

 

1-5-2. 엔티티의 영속성 컨텍스트(Persistence Context)에서의 생명주기

• 엔티티 메니저가 엔티티를 저장하는 공간으로 엔티티를 보관하고 관리한다.
• 엔티티 매니저가 생성될 때 하나의 영속성 컨텍스트가 만들어 진다.

    엔터티 매니저(EntityManager)란?
    엔터티 매니저는 엔터티를 저장하는 메모리상의 데이터베이스라고 생각하면 된다.
    엔터티를 저장하고 수정하고 삭제하고 조회하는 등의 엔터티와 관련된 모든 일을 한다.
    엔터티 매니저는 스레드세이프 하지 않기 때문에 동시성 문제가 발생할 수 있기 때문에 스레드간 공유를 하면 안된다.
    web의 경우 일반적으로는 request scope와 일치시킨다. 
    
     엔터티 매니저 팩토리(EntityManagerFactory)란?
     엔터티 매니저를 생성할 수 있는 기능을 제공하는 팩토리 클래스이다.
     스레드세이프이기 때문에 여러 스레드가 동시에 접근해도 안전하기 때문에 서로 다른 스레드간 공유해서 재사용한다.
     하지만 스레드 세이프 한 기능을 요청 스코프마다 생성하기에는 비용(시간, 메모리)부담이 크기 때문에
     application 스코프와 동일한 싱글톤으로 생성해서 관리하게 된다.
     따라서 데이터베이스를 사용하는 애플리케이션 당 한 개의 EntityManagerFactory를 생성한다.
    
     영속성 컨텍스트(PersistenceContext)란?
     엔터티 매니저에 엔터티를 저장하거나 조회하면 엔터티 매니저는 영속성 컨텍스트에 엔터티를 보관하고 관리한다.
     영속성 엔터티를 key value방식으로 저장하는 저장소 역할을 한다.
     그리고 엔터티 매니저를 통해서 영속성 컨텍스트에 접근할 수 있고 영속성 컨텍스트를 관리할 수 있다.

	private static EntityManagerFactory entityManagerFactory;
	private EntityManager entityManager;
	
	@BeforeAll
	public static void initFactory() {
		entityManagerFactory = Persistence.createEntityManagerFactory("jpatest");
	}
    
   	@BeforeEach
	public void initManager() {
		entityManager = entityManagerFactory.createEntityManager();
	}
	
	
	@AfterAll
	public static void closeFactory() {
		entityManagerFactory.close();
	}
	
	@AfterEach
	public void closeManager() {
		entityManager.close();
	}

• 새로운 엔티티를 만들어서 persis하면 관리되는 엔티티로 처리된다. 
• update : 관리되는 엔티티의 값을 수정하면 commit(flush)하면 알아서 수정된다.
• 관리되는 엔티티를 detach하면 분리된 엔티티가 된다.
• clear는 초기화, close -> 영속성 컨텍스트가 닫혀 없어진다.
• 병합은 값들을 병합하는 것. 어디에도 없는 키 값으면 삽입.
• remove 엔티티 삭제(delete), 다시 찾을 수 없다. 다시 저장을 새롭게 해아 함 (insert)
• find -> db 에서 조회한다. 그 전에 1차 캐시 , 관리하고 있는 엔티티인지 확인.

 

• 엔티티의 생명주기상태 설명 

  비영속(new/transient)	엔티티가 영속성 컨텍스트와 전혀 관계가 없는 상태
  영속(managed)	엔티티가 영속성 컨텍스트에 저장된 상태
  준영속(detached)	영속성 컨텍스트에 저장되었다가 분리된 상태
  삭제(removed)	엔티티가 삭제된 상태
  병합(merge)	엔티티가 준영속 상태인 엔티티가 다시 영속상태로 변경된 상태

 

1-5-3. 영속성 컨텍스트가 엔티티를 관리하는 원리

• 1차 캐시
  • 영속성 컨텍스트 내부에 Map으로 관리되는 캐시(key는 @Id이며 매핑한 식별자이고 value은 엔티티 인스턴스이다.)이며 이 곳에 있는 엔티티는 캐시에서 바로 불러와서 조회 성능이 올라간다.
• 동일성 보장
  • 반복해서 호출 시 1차 캐시에서 같은 엔티티 인스턴스를 가져올 수 있다.
• 트랜잭션을 지원하는 쓰기 지연(transactional write-behind)
  • (엔티티 등록(INSERT)을 예로 들면) 엔티티 매니저는 트랜잭션을 커밋하기 직전까지 데이터베이스에 저장(flush) 대신 쓰기 지연 SQL 저장소에 INSERT SQL을 차곡차곡 쌓게 되며, 커밋 시에 쿼리를 데이터베이스로 보내는데 이를 트랜잭션을 지원하는 쓰기 지연이라고 한다.
  • 플러시(flush): flush()는 영속성 컨텍스트의 변경 내용을 데이터베이스에 반영한다.
  • 플러시 절차
    1. 영속성 컨텍스트에 보관할 때 최초 엔티티 상태를 복사해서 스냅샷(DB상태와 같은 것)으로 저장해 두고 모든 엔티티를 스냅샷과 비교해서 수정된 엔티티를 찾아서 수정 쿼리를 만들어 쓰기 지연 SQL 저장소에 보낸다.
    2. 쓰기 지연 SQL 저장소의 쿼리를 데이터베이스에 저장한다.
    3. 플러시를 하는 경우
       1. em.flush()를 직접 호출한다.
       2. 트랜잭션 커밋 시 플러시가 자동 호출한다.
       3. JPQL 쿼리 실행 시 플러시가 자동 호출한다.
• 변경 감지(dirty checking)
  • SQL에 의존적이지 않도록 엔티티의 데이터 변경을 감지하고 데이터베이스에 자동으로 반영하는 기능을 변경 감지라고 한다. 영속성 컨텍스트에 보관할 때 최초 엔티티 상태를 복사해서 저장한 스냅샷과 이를 비교하여 감지한다. 영속 상태의 엔티티에만 적용된다.(준영속이나 비영속은 해당되지 않는다.)
  • 변경 감지 절차(커밋 실행 시)
    1. 우선 엔티티 매니저 내부에서 먼저 플러시(flush)가 호출된다. (플러시 한 걸 커밋한다)
    2. 엔티티와 스냅샷을 비교해서 변경된 엔티티를 찾는다.
    3. 변경된 엔티티와 관련된 수정 쿼리를 생성해서 쓰기 지연 SQL 저장소에 보낸다.
    4. 쓰기 지연 저장소의 SQL을 데이터베이스로 보낸다.
    5. 데이터베이스에서 트랜잭션을 커밋한다.

• •