Lock 총 정리1 - 기본적인 락 개념 & DB 내부 락 구조

1. Lock 이란 ? 

Lock 이란 무엇일까요 ? 

Lock 은 영어로 "잠그다, 잠가 두다" 라는 뜻을 가지고 있습니다. 🔐

 

이를 DB 에 적용해보면

Lock 은 트랜잭션이 완벽하게 끝날 때까지 다른 요청이 해당 데이터에 접근하지 못하도록 막는 기능입니다.

이를 통해 트랜잭션 처리의 순차성을 보장하고, 데이터의 일관성을 유지할 수 있습니다.

또한, Lock 은 DB 가 처리하는 가장 작은 단위입니다. 

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2-1. Lock 의 종류 

Lock 은 적용 요소와 적용되는 상황에 따라서 여러가지로 분류 할 수 있습니다.

 

적용 요소에 다른 분류 

: Lock 이 어떤 방식으로 데이터를 잠그는지에 따라 다음과 같이 나뉩니다

1. Shared Lock (S Lock, 공유 락) - 여러 트랜잭션이 동시에 읽을 수 있지만, 쓰기는 불가능
2. Exclusive Lock (X Lock, 배타적 락) - 하나의 트랜잭션만 접근 가능하며, 읽기와 쓰기 모두 허용
3. Intention Lock (의도적 락) - 상위 객체에 락을 걸기 전에 미리 설정하는 락

 

락이 적용되는 상황에 따른 분류 

: Lock 이 어떤 단위로 적용되는지에 따라 다음과 같이 나뉩니다

1. Row-level Lock - 특정 행 단위로 걸리는 락
2. Record Lock - 인덱스 레코드에 걸리는 락
3. Gap Lock - 레코드 사이의 공간에 걸리는 락
4. Next-Key Lock - Record Lock + Gap Lock
5. Insert Intention Lock - 새로운 데이터 삽입을 위해 필요한 락
6. Auto-INC Lock - AUTO_INCREMENT 값을 관리 하기 위한 락

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2-2. 적용 요소에 따른 분류 

Lock 이 어떤 방식으로 데이터를 잠그는지에 대해서 분류되고, Shared Lock / Exclusive Lock / Intention Lock 이 있습니다

 

1. Shared Lock (S-Lock, 공유 락)

Shared Lock 은 특정 행 단위로 걸리는 Row-level Lock 입니다.

읽기 (Read) 에 대한 Lock 이며, 여러 트랜잭션이 동시에 읽을 수 있지만, 쓸 순 없습니다.

 

 

2. Exclusive Lock (X-Lock, 배타적 락)

Exclusive Lock 도 특정 행 단위로 걸리는 Row-level Lock 입니다. 

쓰기 (Write) 에 대한 Lock 이며, 하나의 트랜잭션만 접근 가능하며, 읽기와 쓰기 모두를 허용합니다.

하나의 트랜잭션만 접근 가능하기 때문에, Lock 이 해제될 때까지 다른 트랜잭션은 해당 행에 접근할 수 없습니다

 

SQL 에서 직접 X-Lock 을 테스트해볼 수 있는데요

-- 각 SQL 문장이 즉시 반영되지 않도록 설정 (자동 커밋 해제)
SET autocommit=0;  
START TRANSACTION;

-- 특정 데이터를 업데이트하면서 X-Lock을 설정
UPDATE test SET name = '테스트' WHERE id = 1;

-- 이후 COMMIT 하지 않으면 Lock이 유지됨
-- 다른 트랜잭션은 이 row에 접근할 수 없음

 

1. 자동 커밋을 해제 (SQL 이 끝나고 자동적으로 커밋되지 않도록 합니다)

2. 트랜잭션 시작 

3. 업데이트 하면서 test 테이블의 id = 1 인 row 에 X-Lock 을 검

4. COMMIT 하지 않았기 때문에 Lock 이 유지

되게 됩니다.

✔️ id = 1 인 row 에 X-Lock 이 걸려있기 때문에 다른 트랜잭션은 해당 행에 접근할 수 없습니다.

 

그렇다면 X-Lock 이 걸린 row 에 S-Lock 이 걸릴 수 있을까요 ?

혹은 그 반대의 경우에는 어떨까요 ? 

그건 바로 S-Lock 과 X-Lock 의 경쟁 관계를 통해서 알아보도록 하겠습니다

 

3. S-Lock vs X-Lock 의 경쟁 관계

S-Lock	X-Lock
S-Lock 가능	S-Lock 불가능
X-Lock 불가능	X-Lock 불가능

 

위의 표를 통해 S-Lock 과 X-Lock 의 경쟁 관계를 알 수 있는데요. 

S-Lock 에는 S-Lock 만 가능하고, 모든 다른 경우에는 불가능합니다. 

정리해보자면 아래와 같습니다 

1. 여러 트랜잭션이 한 row 에 S-Lock 을 걸 수 있다.
2. S Lock 이 걸려 있는 row 에 다른 트랜잭션이 X-Lock 을 걸 수 없다 
3. X-Lock 이 걸려 있는 row 에 다른 트랜잭션이 S-Lock, X-Lock 을 걸 수 없다.

 

4. Intention Lock 

Intention Lock 은 S-Lock, X-Lock 과는 다르게 테이블 전체로 걸리는 Table-level Lock 입니다.

특정 row 에 대해 나중에 Row-level Lock 을 걸 것을 미리 선언하는 역할을 합니다. 

이를 통해 트랜잭션이 특정 테이블의 일부 row 에 대해 락을 요청할 것임을 명확히 하고, 다른 트랜잭션이 테이블 수준에서 잠금을 설정하는 것을 방지합니다 

 

Intention Lock 은 S-Lock 과 X-Lock 을 결합해 총 두가지 종류로 나뉩니다.

1. Intention Shared Lock (IS)
   • SELECT ... LOCK IN SHARE MODE 실행 시 발생합니다
   • 해당 테이블에서 읽기 작업을 수행할 의도가 있음을 나타냅니다
2. Intention Exclusive Lock (IX)
   • SELECT ... FOR UPDATE, INSERT, DELETE, UPDATE 실행시 발생합니다
   • 해당 테이블에서 쓰기 작업을 수행할 의도가 있음을 나타냅니다

IS, IX 락은 여러 트랜잭션에서 동시에 접근가능하지만, 실제 데이터 변경 여부는 Row-level Lock (S, X) 에 의해 결정됩니다. 

 

그렇다면 왜 Table-level Lock 과 Row-level Lock 두 가지 Lock 이 필요로 할까요 ? 

바로, 트랜잭션 간 충돌을 방지하고, 데이터의 정합성을 유지하기 위해서입니다. 

 

예를 들어 A 트랜잭션이 이미 테이블을 수정하고 있는 경우에는 (IX 락)

-> B 트랜잭션이 해당 테이블의 스키마 변경을 시도하지 못하도록 차단합니다 

 

A 트랜잭션이 특정 row 를 읽고있다면 (IS 락)

-> B 트랜잭션이 해당 row 를 수정하지 못하도록 보장합니다. 

 

두 가지 Level 의 Lock 을 사용해서 데이터의 정합성을 더욱 잘 유지할 수 있습니다

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2-3. 적용되는 상황에 따른 분류 

Lock 이 어떤 단위로 적용되는지에 따라 분류되고,

Row-level Lock / Record Lock / Gap Lock / Next-Key Lock / Insert Intention Lock / Auto-Inc Lock 이 있습니다

 

1. Row-level Lock

각 테이블의 개별 row 마다 걸리는 Lock 으로 위에서 계속 언급되었던 것처럼 S-Lock, X-Lock 이 있습니다

 

2. Record Lock

특정 Insert Record 에 걸리는 Lock 으로 PK, UK 로 조회해서 하나의 인덱스 레코드에만 Lock 을 겁니다

트랜잭션간 동일한 레코드에 대한 충돌을 방지합니다

 

3. Gap Lock

DB index Record 의 Gap 에 걸리는 Lock 입니다. 

여기서 gap 이란 ? 
인덱스가 존재하지만, 실제 데이터가 없는 범우를 의미합니다.
예를 들어서 id = 3 과 id = 7 인 레코드가 존재하는 경우
id <= 2 랑 3 < id < 7 랑 id >= 8 은 실제 레코드가 없는 gap 이 됩니다

 

이런 gap 들 사이에 새로운 insert 가 되는 것을 방지하기 위한 Lock 입니다. 

최초 레코드의 이전, 마지막 레코드의 이후의 Gap 에도 LocK 을 설정합니다

 

 

4. Next-Key Lock 

Record Lock 과 Gap Lock 을 함께 사용하는 Lock 입니다.

REPEATABLE READ 에서 Phanthom read 를 막기 위해 탐색 시 Next-Key Lock 을 사용합니다. 

데이터 조회 시 gap 과 해당 레코드를 동시에 Lock 하여서 데이터 삽입을 차단합니다

 

5. Insert Intention Lock

insert 시 발생하는 특수한 형태의 Gap Lock 입니다. 

1. 특정 위치에 INSERT가 발생하면, 해당 위치에 X-Lock을 걸기 전에 먼저 Insert Intention Lock을 설정합니다
2. 기존 트랜잭션과 삽입 위치가 충돌하지 않는다면 대기 없이 INSERT 진행 가능합니다

 

Gap Lock 과의 차이점으로는 

• Gap Lock은 해당 구간에 어떤 레코드도 추가되지 못하게 완전히 차단하지만,
• Insert Intention Lock은 삽입 위치가 겹치지 않으면 다른 트랜잭션의 INSERT를 허용합니다 → 대기 시간 감소

 

6. Auto-Inc Lock

AUTO_INCREMENT 컬럼 값을 트랜잭션 간 일관되게 증가시키기 위해 설정되는 Lock 입니다. 

여러 트랜잭션이 동시에 실행될 때 각 트랜잭션이 고유한 AUTO_INCREMENT 값을 받도록 보장합니다

 

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3.  Lock 이 해제되는 타이밍

DB 에 설정된 Lock 은 다음과 같은 두 가지 경우에 해제됩니다

1. 트랜잭션이 COMMIT 될 때 -> 변경된 데이터가 영구적으로 반영되면서 Lock 이 해제됩니다
2. 트랜잭션이 ROLLBACK 될 때 -> 변경된 데이터가 취소되면서 Lock 이 해제됩니다

즉, 트랜잭션이 종료될 때 자동으로 Lock 이 해제됩니다

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4. 결론

Lock 은 데이터베이스에서 동시성을 안전하게 관리하고, 데이터의 정합성을 유지하는 핵심적인 요소입니다 !!!!

트랜잭션이 데이터를 읽거나 변경할 때 Lock 을 적절히 사용하면 여러 트랜잭션이 안전하게 동작할 수 있도록 보장합니다.

 

하지만, 과도한 Lock 사용은 성능 저하를 초래할 수 있고,

소극적인 Lock 사용은 데이터의 정합성을 유지할 수 없습니다.

그렇기 때문에 적절한 Lock 을 사용하는 것이 매우매우 !!! 중요합니다.

 

다음 포스티에서는 실제로 사용되는 Lock 에 대해서 알아보도록 하겠습니다