데이터베이스 병행제어 기법

개요

데이터베이스 시스템에서는 여러 사용자가 동시에 트랜잭션을 수행할 때 데이터의 일관성을 유지하는 것이 매우 중요합니다. 병행제어(Concurrency Control)는 다중 트랜잭션이 충돌 없이 실행될 수 있도록 조정하는 기술이며, 대표적인 기법으로 로킹(Locking), 타임스탬프 순서(Timestamp Ordering), 낙관적 병행제어(Optimistic Concurrency Control) 등이 있습니다. 본 글에서는 병행제어의 개념과 주요 기법, 장단점 및 최신 트렌드를 살펴봅니다.

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1. 데이터베이스 병행제어란?

병행제어(Concurrency Control)는 다중 트랜잭션이 동시에 실행될 때 데이터 일관성을 보장하고 교착 상태(Deadlock)를 방지하는 기술입니다. 여러 사용자가 같은 데이터를 동시에 읽거나 수정하는 경우, 트랜잭션 간 충돌을 해결하여 데이터 무결성을 유지하는 것이 핵심 목표입니다.

1.1 병행제어의 필요성

• 데이터 무결성 보장: 여러 사용자가 동시에 같은 데이터를 수정해도 오류 없이 반영
• 트랜잭션 충돌 해결: 동일한 데이터에 대한 여러 요청이 겹칠 경우, 올바른 순서대로 처리
• 데이터베이스 성능 최적화: 동시에 여러 작업을 실행하면서도 최대한 빠른 응답 제공
• 교착 상태(Deadlock) 예방: 트랜잭션이 서로 기다리면서 멈추는 문제를 방지

1.2 병행제어 필요 사례

• 은행 거래 시스템: 여러 고객이 동시에 같은 계좌에서 출금 요청을 할 때 데이터 일관성 유지 필요
• 전자상거래 플랫폼: 동일한 상품을 여러 사용자가 동시에 구매할 때 재고 관리 문제 해결
• 기업 데이터 관리: 여러 직원이 같은 문서를 동시에 편집하는 경우 데이터 손실 방지

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2. 병행제어 기법

병행제어 기법은 크게 로킹(Locking), 타임스탬프 순서(Timestamp Ordering), 낙관적 병행제어(Optimistic Concurrency Control) 등으로 나눌 수 있습니다.

2.1 로킹(Locking) 기법

로킹 기법은 데이터에 대한 접근 권한을 설정하여 충돌을 방지하는 방법입니다.
✅ 주요 개념

• 공유 락(Shared Lock, S-Lock): 여러 트랜잭션이 동시에 읽을 수 있지만, 쓰기는 제한됨.
• 배타 락(Exclusive Lock, X-Lock): 한 번에 하나의 트랜잭션만 읽고 쓸 수 있음.
• 2단계 로킹 프로토콜(Two-Phase Locking, 2PL): 트랜잭션이 **잠금 획득 단계(Growing Phase)**와 **잠금 해제 단계(Shrinking Phase)**로 나뉘어 실행됨.

✅ 장단점

장점	단점
데이터 무결성을 강력하게 보장	교착 상태(Deadlock) 발생 가능
간단한 구현 가능	락 경합으로 인해 성능 저하 발생

✅ 사용 사례

• 은행 시스템: 동시에 동일한 계좌를 수정하는 트랜잭션을 방지
• 온라인 쇼핑몰: 동일한 상품에 대한 중복 결제 방지

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2.2 타임스탬프 순서(Timestamp Ordering) 기법

타임스탬프 순서 기법은 각 트랜잭션에 타임스탬프를 부여하고, 트랜잭션의 순서를 미리 정의하여 충돌을 방지하는 방법입니다.
✅ 주요 개념

• 각 트랜잭션은 시작될 때 고유한 **타임스탬프(Timestamp)**를 할당받음.
• 트랜잭션이 실행될 때 타임스탬프 순서에 맞게 읽기/쓰기 작업을 수행.
• 새로운 트랜잭션이 이전 트랜잭션과 충돌하면 자동으로 롤백(Rollback) 후 재시도.

✅ 장단점

장점	단점
교착 상태(Deadlock) 발생 가능성이 없음	롤백이 자주 발생하면 성능 저하 가능
락을 사용하지 않아 동시성 높음	트랜잭션 재시도가 많아질 수 있음

✅ 사용 사례

• 분산 데이터베이스: 글로벌 트랜잭션 관리
• 대규모 데이터 처리 시스템: 로그 기록 관리

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2.3 낙관적 병행제어(Optimistic Concurrency Control, OCC)

낙관적 병행제어 기법은 트랜잭션이 데이터를 수정할 때 충돌이 발생하는지 사후 검증하는 방식입니다.
✅ 주요 개념

• 트랜잭션은 별도의 락 없이 자유롭게 실행.
• 트랜잭션 종료 시점에 검증(Validation) 단계에서 충돌 여부를 체크.
• 충돌이 감지되면 트랜잭션을 롤백하고 재시도함.

✅ 장단점

장점	단점
읽기 작업이 많은 환경에서 성능 우수	충돌이 많으면 성능 저하 가능
락 없이 동작하여 확장성이 높음	트랜잭션 롤백 발생 가능

✅ 사용 사례

• 클라우드 기반 NoSQL 데이터베이스
• 데이터 분석 시스템

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3. 최신 병행제어 트렌드

트렌드	설명
AI 기반 동적 병행제어	머신러닝을 활용하여 동적 락 조정 및 충돌 예측
분산 데이터베이스 병행제어	글로벌 트랜잭션을 효율적으로 처리하는 알고리즘 발전
NewSQL 기반 병행제어	관계형 DB와 NoSQL의 장점을 결합한 새로운 병행제어 기법 등장
Snapshot Isolation 기법 확산	높은 동시성과 데이터 무결성을 제공하는 병행제어 방식

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4. 결론

병행제어는 데이터베이스 성능과 무결성을 유지하는 핵심 기술이며, 환경에 따라 로킹, 타임스탬프 순서, 낙관적 병행제어 기법을 적절히 선택해야 합니다. 최신 트렌드에서는 AI 및 분산 시스템 기술을 접목하여 더욱 정교한 병행제어 방식이 개발되고 있으며, 기업과 개발자는 최신 기술을 반영하여 최적의 병행제어 전략을 수립하는 것이 중요합니다.