- 💡해당 게시글은 최범균님의 ‘주니어 백엔드 개발자가 반드시 알아야 할 실무 지식’을 개인 공부목적으로 메모하였습니다.
부록 C에서 다루는 내용
- 분산 잠금의 필요성
- 잠금 정보 저장 테이블 설계
- 분산 잠금 동작 원리
- DB 기반 잠금 구현
- 사용 예시
분산 잠금의 필요성
배경
- 여러 노드에서 실행되는 애플리케이션이 동일한 작업을 동시에 실행하면 데이터 문제가 발생할 수 있음
- 동시에 두 개 이상의 프로세스가 실행되더라도 그중 하나의 프로세스, 하나의 스레드만 작업을 실행해야 함
문제 상황
- 동시 실행 문제
- 여러 노드에서 동시에 같은 작업을 실행하면 데이터 충돌이 발생함
- 분산 환경에서 하나의 스레드만 작업을 실행하도록 제어해야 함
해결 방안
- 분산 잠금 방법
- Redis나 Zookeeper 같은 기술을 사용할 수 있음
- 구조를 단순하게 유지하고 싶다면 DB를 분산 잠금 수단으로 사용할 수 있음
잠금 정보 저장 테이블
테이블 설계
-
분산 잠금을 구현하기 위해 잠금 정보를 저장하는 테이블이 필요함
1 2 3 4 5 6 7
CREATE TABLE dist_lock ( name varchar(100) NOT NULL COMMENT '락 이름', owner varchar(100) COMMENT '락 소유자', expiry datetime COMMENT '락 만료 시간', primary key (name) )
컬럼 설명
| 컬럼 | 타입 | 설명 |
|---|---|---|
| name | varchar(100) | 개별 잠금을 구분하기 위한 값 (Primary Key) |
| owner | varchar(100) | 잠금 소유자를 구분하기 위한 값 |
| expiry | datetime | 잠금 소유 만료 시간 |
분산 잠금 동작
잠금 획득 절차
- 트랜잭션을 시작함
- 선점 잠금 쿼리(
FOR UPDATE)를 이용해서 해당 행을 점유함 - 행이 없으면 잠금 테이블에 새로운 데이터를 추가함
- owner가 다르고 expiry가 지나지 않았다면, 잠금 획득에 실패함
- owner가 다르고 expiry가 지났다면, owner와 expiry 값을 변경한 후 잠금을 획득함
- owner가 같다면 잠금을 획득함 (만료 시간 연장)
- 트랜잭션을 커밋하고 결과를 리턴함
- 트랜잭션 커밋에 실패하면 잠금 획득도 실패함
주요 포인트
SELECT FOR UPDATE- 행 레벨 잠금으로 동시 접근 방지
- owner 비교
- 같은 스레드의 재진입 허용
- expiry 확인
- 만료된 잠금 재획득 가능
- 트랜잭션
- 원자성 보장
DB 잠금 구현
LockOwner 타입
-
잠금 소유자를 표현하는 타입
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
// 잠금 소유자 정보를 담는 레코드 타입 public record LockOwner(String owner, LocalDateTime expiry) { // 특정 소유자가 현재 잠금을 소유 중인지 확인 public boolean isOwnedBy(String owner) { return this.owner.equals(owner); } // 잠금 만료 시간이 지났는지 확인 public boolean isExpired() { return expiry.isBefore(LocalDateTime.now()); } }
DistLock 클래스 - tryLock() 메서드
-
실제 잠금 로직을 구현하는 클래스
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50
public class DistLock { private final DataSource dataSource; public DistLock(DataSource dataSource) { this.dataSource = dataSource; } // 분산 잠금 획득 시도 메서드 public boolean tryLock(String name, String owner, Duration duration) { Connection conn = null; boolean owned; try { // 트랜잭션 시작 conn = dataSource.getConnection(); conn.setAutoCommit(false); // 잠금 정보 조회 (행 레벨 잠금) LockOwner lockOwner = getLockOwner(conn, name); if (lockOwner == null || lockOwner.owner() == null) { // 아직 소유자가 없음 - 잠금 소유 시도 insertLockOwner(conn, name, owner, duration); owned = true; } else if (lockOwner.isOwnedBy(owner)) { // 소유자 검증 - 만료 시간 연장 updateLockOwner(conn, name, owner, duration); owned = true; } else if (lockOwner.isExpired()) { // 소유자 다름 && 만료 시간 지남 - 잠금 소유 시도 updateLockOwner(conn, name, owner, duration); owned = true; } else { // 소유자 다름 && 만료 시간 안 지남 - 잠금 소유 실패 owned = false; } // 트랜잭션 커밋 conn.commit(); } catch (Exception e) { owned = false; rollback(conn); } finally { close(conn); } return owned; } }
주요 메서드
-
getLockOwner()
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
// SELECT FOR UPDATE로 잠금 정보를 조회하고 행 잠금 획득 private LockOwner getLockOwner(Connection conn, String name) throws SQLException { try (PreparedStatement pstmt = conn.prepareStatement( "select * from dist_lock where name = ? for update")) { pstmt.setString(1, name); try (ResultSet rs = pstmt.executeQuery()) { if (rs.next()) { return new LockOwner( rs.getString("owner"), rs.getTimestamp("expiry").toLocalDateTime() ); } } } return null; }
-
insertLockOwner()
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
// 새로운 잠금 정보를 테이블에 삽입 private void insertLockOwner( Connection conn, String name, String ownerId, Duration duration) throws SQLException { try (PreparedStatement pstmt = conn.prepareStatement( "insert into dist_lock values (?, ?, ?)")) { pstmt.setString(1, name); // 잠금 이름 pstmt.setString(2, ownerId); // 소유자 ID pstmt.setTimestamp(3, getExpiry(duration)); // 만료 시간 pstmt.executeUpdate(); } }
-
updateLockOwner()
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
// 잠금 소유자 및 만료 시간 갱신 private void updateLockOwner( Connection conn, String name, String owner, Duration duration) throws SQLException { try (PreparedStatement pstmt = conn.prepareStatement( "update dist_lock set owner = ?, expiry = ? where name = ?")) { pstmt.setString(1, owner); // 새로운 소유자 pstmt.setTimestamp(2, getExpiry(duration)); // 새로운 만료 시간 pstmt.setString(3, name); // 잠금 이름 pstmt.executeUpdate(); } }
unlock() 메서드
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
// 잠금 해제 메서드
public void unlock(String name, String owner) {
Connection conn = null;
try {
// 트랜잭션 시작
conn = dataSource.getConnection();
conn.setAutoCommit(false);
// 현재 잠금 정보 조회
LockOwner lockOwner = getLockOwner(conn, name);
// 소유자 검증
if (lockOwner == null || !lockOwner.isOwnedBy(owner)) {
throw new IllegalStateException("no lock owner");
}
// 만료 여부 확인
if (lockOwner.isExpired()) {
throw new IllegalStateException("lock is expired");
}
// 잠금 해제 (owner와 expiry를 null로 설정)
clearOwner(conn, name);
conn.commit();
} catch (SQLException e) {
rollback(conn);
throw new RuntimeException("fail to unlock: " + e.getMessage());
} finally {
close(conn);
}
}
사용 예시
기본 사용법
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
// 분산 잠금 사용 예시
DistLock lock = new DistLock(ds);
String owner = "owner1";
// 잠금 획득 시도
if (lock.tryLock("lockName", owner, Duration.ofMinutes(1))) {
try {
// 잠금에 성공한 경우 작업 수행
// 코드 실행
} finally {
// 작업 완료 후 반드시 잠금 해제
lock.unlock("lockName", owner);
}
}
스케줄러와 함께 사용
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
// 스케줄러에서 분산 잠금을 사용하는 예시
@Component
public class ScheduledTaskService {
private final DistLock distLock;
@Scheduled(cron = "0 * * * * *") // 매 분마다 실행
public void executeTask() {
String taskName = "scheduled-task";
// 호스트명을 소유자로 사용
String owner = InetAddress.getLocalHost().getHostName();
// 잠금 획득 시도 (1분 동안 유효)
if (distLock.tryLock(taskName, owner, Duration.ofMinutes(1))) {
try {
// 하나의 인스턴스에서만 작업 수행
performTask();
} finally {
// 작업 완료 후 잠금 해제
distLock.unlock(taskName, owner);
}
} else {
// 다른 인스턴스가 이미 작업 중
log.info("Task is running on another instance");
}
}
}
잠금 획득 조건 정리
| 조건 | 소유자 없음 | 같은 소유자 | 다른 소유자 (만료) | 다른 소유자 (미만료) |
|---|---|---|---|---|
| 결과 | 획득 | 획득 (연장) | 획득 (재획득) | 실패 |
| 동작 | INSERT | UPDATE | UPDATE | ROLLBACK |
DB 기반 분산 잠금의 장단점
장점
- DB만 있으면 구현 가능 (추가 인프라 불필요)
- 구조가 단순함
- 트랜잭션으로 원자성 보장
SELECT FOR UPDATE로 동시성 제어
단점
- DB 부하 발생 가능
- Redis/Zookeeper보다 성능 낮음
- 네트워크 지연 영향
대안 기술 비교
| 기술 | 장점 | 단점 | 사용 시기 |
|---|---|---|---|
| DB 기반 | 추가 인프라 불필요, 단순한 구조 | 성능 낮음, DB 부하 | 소규모, 단순한 요구사항 |
| Redis | 빠른 성능, 다양한 기능 | 별도 인프라, 설정 복잡 | 중대규모, 고성능 필요 |
| Zookeeper | 안정적, 분산 코디네이션 | 운영 복잡, 학습 곡선 | 대규모, 복잡한 분산 시스템 |
배운 점
- 분산 환경에서 동시성 제어의 필요성을 이해하게 됨
- DB의
SELECT FOR UPDATE를 활용한 행 레벨 잠금 방식을 익힘 - 만료 시간을 통해 데드락을 방지하고 비정상 종료 시 자동 해제하는 전략을 배움
- 단순한 구조를 유지하면서도 분산 잠금을 구현할 수 있다는 점을 알게 됨