🪕 JPA 관련 용어 정리

#공부 #JPA #DB #SPRING

JDBC - Java Database Connectivity

java에서 DB를 사용할 수 있도록 연결해주는 응용프로그램 인터페이스인 java api이다.
java와 연동되는 DBMS에 따라 그에 맞는 JDBC(ex. MySQL Connector)를 설치해야 한다.
그에 맞는 드라이버만 존재한다면, java에서 DB에 구애받지 않고 똑같은 코드로 사용이 가능하다.

즉 JDBC는 공통으로 사용가능한 인터페이스이며, 각 DB에 맞는 구현체는 JDBC드라이버이다. - MySQL Connector

특징

SQL명령을 명시적으로 작성해야 한다.
객치지향 프로그래밍과의 괴리가 있다.

ODBC - Open Database Connectivity

DB를 엑세스 하기 위한 표준 개방형 응용 프로그램 인터페이스를 뜻한다.
ODBC는 JDBC와 달리 모든 어떠한 DBMS인지와 상관없이 적용된다.

그렇다면 JPA(Java Persistence API)는 무엇일까?

jpa는 서로 다른 두 개념을 매핑해주는 ORM(Object Relational Mapping)중 하나이다.
DB와 java객체간의 매핑을 자동화하여, SQL대신 java객체와 상호작용 하도록 설계되어있다.
- RDB는 하나의 row를 하나의 인스턴스라고 생각한다면 컬럼의 값은 필드의 값으로 매핑할 수 있다.
- 하지만 객체의 필드에 리스트가 존재하는 경우 상황이 애매해진다.
- 또한 java객체의 필드에 또 다른 객체가 존재한는 경우 java는 참조를 하지만, DB는 Join으로 접근하기 때문에 다르다.
- 이러한 비슷한 두 개념을 매핑해주는 역할을 하는것이다.

그렇다면 JDBC와 JPA는 서로 다른것인가?

JPA는 DB와 객체를 매핑하는 기술일 뿐, 내부적으로 DB와 통신을 위해서는 JDBC를 필요로 하게된다.

또한 JPA도 JDBC와 마찬가지로 인터페이스이기 때문에 구현체가 필요하고, 그 구현체 중 하나가 Hibernate이다.

Spring Data JPA

Spring Data JPA란 JPA를 Repository 기반으로 간편하고 효율적으로 사용할 수 있는 모듈이다.
Repository의 메서드를 통해 쿼리를 날릴 수 있다.
또는 직접 쿼리를 만들고 싶다면 @Query 어노테이션을 사용한다.

대략적인 관계도

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JPQL(Java Persistence Query Language)는 또 무엇인가?

JPQL은 JPA에서 사용되는 쿼리 언어로, SQL과 비슷하지만 객체를 대상을 쿼리를 작성하게된다.
테이블이 아닌 엔티티 객체를 대상으로 하기 때문에, 객체지향적이다.

특징

SQL 유사성 : select, where, group by 등 SQL 과 유사한 문법 사용
엔티티 중심 : DB테이블 대신 엔티티 클래스와 속성을 기준으로 작성한다.
동적 쿼리 지원 : 런타임에 JPQL 문자열 생성 실행 가능
별칠(alias) 사용 필수

문제점

1. 문자열(String)형태 이기에 개발자 의존적 형태이다
1. 컴파일 단계에서 타입체크가 불가능하다
1. 런타임단계에서 오류가 발생할 수 있다

Query DSL(Domain Specific Language)???

위에서 기술한 JPQL의 문제점을 보완하기 위해 나온것이 query dsl이다.
정적 타입을 이용해, SQL, JPQL을 코드로 작성할 수 있도록 도와주는 오픈소스 API

특징

컴파일 단계에서 오류 확인 가능, 후속 조치 가능
JPQL의 단점들을 거의 보완

단점

1. 코드가 너무 길어진다...
1. FROM절의 서브쿼리를 사용하는것에 제약이 있다.
1. 세세한 튜닝이나, DBMS의 고유기능을 유연하게 사용할 수 없다.

JPA n+1 문제?

1. 개념

N+1 문제는 데이터베이스와 애플리케이션 간의 비효율적인 쿼리 실행으로 인해 발생하는 성능 문제를 지칭합니다.
이는 주로 ORM(Object-Relational Mapping) 기술(JPA, Hibernate 등)을 사용할 때 발생하며, 한 번의 데이터베이스 조회로 해결할 수 있는 작업에 대해 추가적인 N개의 쿼리가 실행되는 상황을 의미합니다.

2. 어떻게 발생하나?

N+1 문제는 주로 지연 로딩(Lazy Loading)으로 인해 발생합니다.
지연 로딩은 관련 엔티티를 필요할 때만 로딩하는 방식으로, 기본적으로 효율적인 방법이지만 아래와 같은 상황에서 문제가 발생합니다.

예시 상황

두 개의 엔티티 간 관계:
- Parent(부모 엔티티)와 Child(자식 엔티티) 관계.
- Parent 1개에는 여러 Child가 연결.
문제 발생 과정:
- 부모 엔티티를 조회하는 쿼리 1번 실행.
- 각 부모 엔티티에 연결된 자식 엔티티를 조회하는 쿼리 N번 실행.

List<Parent> parents = entityManager.createQuery("SELECT p FROM Parent p", Parent.class).getResultList();

// 각 Parent 엔티티의 자식 엔티티를 로드 (지연 로딩)
for (Parent parent : parents) {
    System.out.println(parent.getChildren().size()); // 자식 엔티티 조회 쿼리 발생
}

쿼리 실행

SELECT * FROM Parent; → 부모 엔티티를 조회하는 쿼리 1번 실행.
SELECT * FROM Child WHERE parent_id = ?; → 각 부모 엔티티마다 자식 데이터를 조회하는 쿼리 N번 실행.

결과적으로 1 + N개의 쿼리가 실행됩니다.
데이터가 많을수록 성능 저하가 극심해집니다.

3. N+1 문제의 영향

데이터베이스와 애플리케이션 간의 불필요한 트래픽 증가.
쿼리 실행 횟수가 많아져 응답 시간이 느려짐.
대량의 데이터가 있을 경우 애플리케이션 성능이 크게 저하.

4. 해결 방법

(1) 페치 조인(Fetch Join)

페치 조인은 SQL의 JOIN을 사용해 관련된 엔티티를 한 번의 쿼리로 로드하는 방식입니다.

String jpql = "SELECT p FROM Parent p JOIN FETCH p.children";
List<Parent> parents = entityManager.createQuery(jpql, Parent.class).getResultList();

JOIN FETCH를 사용하면 부모와 자식 엔티티를 한 번에 가져옵니다.
장점: 데이터베이스 쿼리를 최소화.
단점: 데이터가 많을 경우 메모리 사용량 증가.

(2) 엔티티 그래프(Entity Graph)

JPA에서 제공하는 기능으로, 로딩 시 어떤 관계를 함께 로드할지 명시적으로 정의합니다

@Entity
@NamedEntityGraph(
    name = "Parent.withChildren",
    attributeNodes = @NamedAttributeNode("children")
)
public class Parent { ... }

// 사용 시
EntityGraph<?> entityGraph = em.getEntityGraph("Parent.withChildren");
List<Parent> parents = em.createQuery("SELECT p FROM Parent p", Parent.class)
    .setHint("javax.persistence.fetchgraph", entityGraph)
    .getResultList();

장점: 명시적으로 필요한 관계만 가져올 수 있음.
단점: 추가적인 설정 필요.

(4) DTO로 데이터 조회

필요한 데이터만 직접 SQL 또는 JPQL로 조회하여 반환.

String jpql = "SELECT new com.example.dto.ParentChildDTO(p.name, c.name) " +
              "FROM Parent p JOIN p.children c";
List<ParentChildDTO> dtos = entityManager.createQuery(jpql, ParentChildDTO.class).getResultList();

장점: 불필요한 엔티티 로드 방지.
단점: 객체 매핑 작업 추가.

트렌젝션 / DB스냅샷 / 앤티티매니저 / 영속성컨텍스트 / JPA

각각의 정의

트렌젝션

데이터베이스의 상태를 변화시키기 위해 수행하는 작업의 단위

트렌젝션매니저

Spring에서 제공하는 트렌젝션 관리 기능과 JPA를 연결하는 역할을 수행.

@Transactional

클래스나 메서드에 삽입하면, AOP레벨(프록시를 사용하여)에서 트렌젝션매니저를 이용한 동작을 공통으로 적용.

앤티티매니저

영속성 컨텍스트를 관리하는 인터페이스
엔티티의 저장/수정/삭제/조회 작업을 수행
스레드 세이프하지 않으므로 한트레젝션 내에서만 사용
앤티티매니저펙토리는 스레드세이프하므로 공유 가능

영속성컨텍스트

JPA의 엔티티를 관리하는 1차 캐시 역할을 하는 메모리 공간
엔티티와 DB데이터간의 상태 동기화를 책임
1차캐싱 / 변경 감지 / 지연 로딩 의 특징을 갖는다
지연로딩 : 관계된 엔티티를 실제로 필요할때만 가져오며, 변경점을 한번만 commit한다

지연로딩

Lazy Loading(지연 로딩)은 연관된 엔티티를 즉시 로딩하지 않고, 필요한 순간에 쿼리를 실행하여 데이터를 가져오는 방식이다.
객체를 사용할 때까지 실제 데이터를 로드하지 않고 대기하다가, 해당 데이터가 필요할 때만 SELECT 쿼리를 실행하는 방식이다.

Lazy Loading 동작 방식

엔티티를 조회할 때 연관된 엔티티를 즉시 가져오지 않음.
필요할 때(getter 호출 시) 추가적인 SELECT 쿼리를 실행하여 데이터를 가져옴.(커넥션 재할당)
JPA는 프록시 객체를 사용하여 Lazy Loading을 구현함.

스냅샷

DB스냅샷 :
- 트렌젝션이 시작될때 생성된다.
- 독립적인 데이터베이스 복사본으로, 원본데이터 변경과 무관하다.
- 고급 격리 수준(REPEATABLE READ, SERIALIZABLE)에서 MVCC(Multi-Version Concurrency Control)를 구현할 때 사용한다.
- 물리적인 복사본이 아닌, 논리적으로 매 쿼리마다 동적으로 가공이 되는 방식이다.
앤티티매니저_스냅샷 :
- 엔티티가 영속성 컨텍스트에 로드될 때 생성된다.
- 엔티티의 초기 상태를 저장하여 변경 감지에 사용된다.