[Spring] Distributed Lock (with MySQL, Redis)

2020. 12. 27. 14:05

동시성 이슈 발생

설명

한 이벤트에 한 유저가 2번까지만 투표할 수 있는 시스템이 있다고 가정.
동시에 여러 요청을 할 경우 데이터 정합성이 맞지 않는 동시성 이슈가 발생할 수 있음.
이와 관련된 이슈 발생 케이스를 설명.
아래 예시는 JPA와 MySQL을 사용.
- JPA 참고 : https://sg-choi.tistory.com/295

VoteReq

@AllArgsConstructor
@NoArgsConstructor
@Setter
@Getter
@Table(indexes = {
    @Index(columnList = "eventId"),
    @Index(columnList = "userId")
})
@Entity
public class VoteReq {
    @Id
    @GeneratedValue(strategy = GenerationType.IDENTITY)
    private Long voteReqId;
    private Long eventId;
    private Long userId;
    private Long count;
}

VoteReqRepository

@Repository
public interface VoteReqRepository extends JpaRepository<VoteReq, Long> {
    VoteReq findByEventIdAndUserId(Long eventId, Long userId);
}

VoteService

@RequiredArgsConstructor
@Service
public class VoteService {
    private static final int MAX_VOTE_COUNT_PER_USER = 2;

    private final VoteReqRepository voteReqRepository;

    @Transactional
    public void requestVote(Long eventId, Long userId) {
        VoteReq voteReq = voteReqRepository.findByEventIdAndUserId(eventId, userId);

        if (voteReq == null) {
            voteReqRepository.save(new VoteReq(null, eventId, userId, 1L));
            return;
        }

        if (voteReq.getCount() >= MAX_VOTE_COUNT_PER_USER) {
            throw new IllegalStateException("OVER_MAX_VOTE_COUNT_PER_USER");
        }

        voteReq.setCount(voteReq.getCount() + 1);
    }
}

VoteServiceTest

@SpringBootTest
public class VoteServiceTest {
    @Autowired
    private VoteService voteService;

    @Test
    public void testRequestVote() throws InterruptedException {
        int threadSize = 5;
        ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(threadSize);

        IntStream.range(0, threadSize).forEach((i) -> {
            service.execute(() -> {
                voteService.requestVote(1L, 1L);
            });
        });

        service.shutdown();
        service.awaitTermination(1, TimeUnit.HOURS);
    }
}

결과

데이터 결과를 확인했을 때 5개의 스레드가 동시에 투표를 요청하여 5개의 투표가 이루어진 것으로 확인된다.
한 사용자는 2번의 투표만 이루어져야 하므로 count가 2인 데이터 하나만 존재해야한다.

mysql> select * from VoteReq;
+-----------+-------+---------+--------+
| voteReqId | count | eventId | userId |
+-----------+-------+---------+--------+
|         1 |     1 |       1 |      1 |
|         2 |     1 |       1 |      1 |
|         3 |     1 |       1 |      1 |
|         4 |     1 |       1 |      1 |
|         5 |     1 |       1 |      1 |
+-----------+-------+---------+--------+

MySQL의 User-Level Lock을 활용

설명

위 이슈를 해결하기 위해서는 동일 요청에 대해서는 원자적으로 동작하도록 처리할 수 있어야한다.
실 운영환경이라면 여러대의 서버로 서비스를 하게 되기 때문에 다중 서버에서도 동일 요청에 대해 원자적으로 동작할 수 있도록 처리해야한다.
Distributed Lock을 사용하여 위 고민들을 해결할 수 있다.
MySQL의 User-Level Lock 기능을 활용하여 위 문제를 해결하는 방법을 설명한다.
- 참고 : https://sg-choi.tistory.com/529#user-level-lock

LockTemplate

@RequiredArgsConstructor
@Component
public class LockTemplate {
    private final EntityManager entityManager;

    @Transactional
    public void execute(String key, int timeoutSeconds, Runnable runnable) {
        execute(key, timeoutSeconds, () -> {
            runnable.run();
            return null;
        });
    }

    @Transactional
    public <T> T execute(String key, int timeoutSeconds, Supplier<T> supplier) {
        BigInteger result = getLock(key, timeoutSeconds);

        try {
            return supplier.get();
        } finally {
            if (result.intValue() == 1) {
                releaseLock(key);
            }
        }
    }

    private BigInteger getLock(String key, int timeoutSeconds) {
        return (BigInteger) entityManager
            .createNativeQuery("SELECT GET_LOCK(:key, :timeout)")
            .setParameter("key", key)
            .setParameter("timeout", timeoutSeconds)
            .getSingleResult();
    }

    private BigInteger releaseLock(String key) {
        return (BigInteger) entityManager
            .createNativeQuery("SELECT RELEASE_LOCK(:key)")
            .setParameter("key", key)
            .getSingleResult();
    }
}

VoteService

@RequiredArgsConstructor
@Service
public class VoteService {
    private static final int MAX_VOTE_COUNT_PER_USER = 2;

    private final VoteReqRepository voteReqRepository;
    private final LockTemplate lockTemplate; // 의존성 추가

    @Transactional
    public void requestVote(Long eventId, Long userId) {
        String key = String.format("%d:%d", eventId, userId);

        // lockTemplate.execute()로 감싸서 실행
        lockTemplate.execute(key, 10, () -> {
            VoteReq voteReq = voteReqRepository.findByEventIdAndUserId(eventId, userId);

            if (voteReq == null) {
                voteReqRepository.save(new VoteReq(null, eventId, userId, 1L));
                return;
            }

            if (voteReq.getCount() >= MAX_VOTE_COUNT_PER_USER) {
                throw new IllegalStateException("OVER_MAX_VOTE_COUNT_PER_USER");
            }

            voteReq.setCount(voteReq.getCount() + 1);
        });
    }
}

결과

의도한대로 count는 2인 데이터 하나만 저장되고, 나머지 요청은 OVER_MAX_VOTE_COUNT_PER_USER 오류를 발생시킨다.

mysql> mysql> select * from VoteReq;
+-----------+-------+---------+--------+
| voteReqId | count | eventId | userId |
+-----------+-------+---------+--------+
|         1 |     2 |       1 |      1 |
+-----------+-------+---------+--------+

MySQL의 Row-Level Lock을 활용

설명

MySQL의 Row-Level Lock 기능을 활용하여 위 문제를 해결하는 방법을 설명한다.
- 참고 : https://sg-choi.tistory.com/529#row-level-lock
이미 DB에 존재하는 데이터를 수정하는 경우에 사용할 수 있는 방법이다.

데이터 추가

INSERT INTO VoteReq (eventId, userId, count) VALUES (1, 1, 0);

VoteReqRepository

@Repository
public interface VoteReqRepository extends JpaRepository<VoteReq, Long> {
    @Lock(LockModeType.PESSIMISTIC_WRITE) // SELECT ~ FOR UPDATE
    VoteReq findByEventIdAndUserId(Long eventId, Long userId);
}

VoteService

@RequiredArgsConstructor
@Service
public class VoteService {
    private static final int MAX_VOTE_COUNT_PER_USER = 2;

    private final VoteReqRepository voteReqRepository;

    @Transactional
    public void requestVote(Long eventId, Long userId) {
        VoteReq voteReq = voteReqRepository.findByEventIdAndUserId(eventId, userId);

        if (voteReq.getCount() >= MAX_VOTE_COUNT_PER_USER) {
            throw new IllegalStateException("OVER_MAX_VOTE_COUNT_PER_USER");
        }

        voteReq.setCount(voteReq.getCount() + 1);
    }
}

결과

의도한대로 count는 2인 데이터 하나만 저장되고, 나머지 요청은 OVER_MAX_VOTE_COUNT_PER_USER 오류를 발생시킨다.

mysql> mysql> select * from VoteReq;
+-----------+-------+---------+--------+
| voteReqId | count | eventId | userId |
+-----------+-------+---------+--------+
|         1 |     2 |       1 |      1 |
+-----------+-------+---------+--------+

MySQL의 원자적 쿼리 활용

설명

MySQL에서 한 쿼리는 원자적으로 동작한다는 특성을 갖고 있다.
이러한 특징을 활용하여 동시성 이슈를 해결하는 방법을 설명한다.
Row-Level Lock처럼 이미 DB에 존재하는 데이터를 수정하는 경우에 사용할 수 있는 방법이다.

데이터 추가

INSERT INTO VoteReq (eventId, userId, count) VALUES (1, 1, 0);

VoteReqRepository

@Repository
public interface VoteReqRepository extends JpaRepository<VoteReq, Long> {
    // 원자적 쿼리
    @Modifying
    @Query("update VoteReq r set r.count = r.count + 1 where r.eventId = :eventId and r.userId = :userId and r.count < :maxCount")
    int increaseCount(@Param("eventId") Long eventId, @Param("userId") Long userId, @Param("maxCount") Long maxCount);
}

VoteService

@RequiredArgsConstructor
@Service
public class VoteService {
    private static final int MAX_VOTE_COUNT_PER_USER = 2;

    private final VoteReqRepository voteReqRepository;

    @Transactional
    public void requestVote(Long eventId, Long userId) {
        int updateCount = voteReqRepository.increaseCount(eventId, userId, (long) MAX_VOTE_COUNT_PER_USER);

        if (updateCount == 0) {
            throw new IllegalStateException("OVER_MAX_VOTE_COUNT_PER_USER");
        }
    }
}

결과

의도한대로 count는 2인 데이터 하나만 저장되고, 나머지 요청은 OVER_MAX_VOTE_COUNT_PER_USER 오류를 발생시킨다.

mysql> mysql> select * from VoteReq;
+-----------+-------+---------+--------+
| voteReqId | count | eventId | userId |
+-----------+-------+---------+--------+
|         1 |     2 |       1 |      1 |
+-----------+-------+---------+--------+

Redis의 원자적 함수 활용

설명

Redis의 원자적 함수(아래 예제에서는 increase())를 활용한 방법을 설명한다.
spring-redis 설정 참고
- https://sg-choi.tistory.com/180

VoteService

@RequiredArgsConstructor
@Service
public class VoteService {
    private static final int MAX_VOTE_COUNT_PER_USER = 2;

    private final StringRedisTemplate redisTemplate;

    @Transactional
    public void requestVote(Long eventId, Long userId) {
        String key = String.format("%d:%d", eventId, userId);

        if (redisTemplate.opsForValue().increment(key) > MAX_VOTE_COUNT_PER_USER) {
            throw new IllegalStateException("OVER_MAX_VOTE_COUNT_PER_USER");
        }
        
        // 비동기적으로 Redis 데이터를 MySQL에 적재
    }
}

Redisson을 활용

설명

Redisson 라이브러리를 활용한 방법을 설명한다.
Redis를 통해 Lock을 획득하고 해제하는 방식으로 동시성을 해결하는 방식이다.
Redisson은 Redis 기반이기 때문에 spring-redis 설정을 미리 해야한다.
spring-redis 설정 참고
- https://sg-choi.tistory.com/180

Dependencies

dependencies {
    ...    
    implementation 'org.redisson:redisson-spring-boot-starter:3.17.7'
}

VoteService

@RequiredArgsConstructor
@Service
public class VoteService {
    private static final int MAX_VOTE_COUNT_PER_USER = 2;

    private final VoteReqRepository voteReqRepository;
    private final RedissonClient redissonClient; // 의존성 추가

    @Transactional
    public void requestVote(Long eventId, Long userId) {
        String key = String.format("%d:%d", eventId, userId);
        RLock lock = redissonClient.getLock(key);
        lock.lock(10, TimeUnit.SECONDS); // 락 획득

        try {
            VoteReq voteReq = voteReqRepository.findByEventIdAndUserId(eventId, userId);

            if (voteReq == null) {
                voteReqRepository.save(new VoteReq(null, eventId, userId, 1L));
                return;
            }

            if (voteReq.getCount() >= MAX_VOTE_COUNT_PER_USER) {
                throw new IllegalStateException("OVER_MAX_VOTE_COUNT_PER_USER");
            }

            voteReq.setCount(voteReq.getCount() + 1);
        } finally {
            lock.unlock(); // 락 해제
        }
    }
}

결과

의도한대로 count는 2인 데이터 하나만 저장되고, 나머지 요청은 OVER_MAX_VOTE_COUNT_PER_USER 오류를 발생시킨다.

mysql> mysql> select * from VoteReq;
+-----------+-------+---------+--------+
| voteReqId | count | eventId | userId |
+-----------+-------+---------+--------+
|         1 |     2 |       1 |      1 |
+-----------+-------+---------+--------+

참고

https://sg-choi.tistory.com/529

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[Spring] Distributed Lock (with MySQL, Redis)

동시성 이슈 발생

설명

VoteReq

VoteReqRepository

VoteService

VoteServiceTest

결과

MySQL의 User-Level Lock을 활용

설명

LockTemplate

VoteService

결과

MySQL의 Row-Level Lock을 활용

설명

데이터 추가

VoteReqRepository

VoteService

결과

MySQL의 원자적 쿼리 활용

설명

데이터 추가

VoteReqRepository

VoteService

결과

Redis의 원자적 함수 활용

설명

VoteService

Redisson을 활용

설명

Dependencies

VoteService

결과

참고

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