[Spring DB] 커넥션풀과 데이터 소스

이 글은 인프런 김영한님의 Spring 강의를 바탕으로 개인적인 정리를 위해 작성한 글입니다.

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커넥션 풀 개념

커넥션 풀(Connection Pool)은 데이터베이스와의 연결을 재사용할 수 있도록 관리하는 일련의 데이터베이스 연결 집합이다.

애플리케이션의 성능을 향상시키기 위해 사용되며, 여러 사용자나 클라이언트 요청에 대응하여 데이터베이스 연결을 빠르게 제공하는 역할을 한다.

커넥션 풀을 사용하는 주된 이유는 연결 생성과 해제에 드는 비용이 높기 때문이다.

 

데이터베이스에 연결을 요청할 때, 커넥션 풀에서 미리 생성해 둔 연결 중 하나를 할당받는다.

사용이 끝난 연결은 다시 커넥션 풀로 반환되어, 다음 요청이 있을 때 재사용된다.

이 방식은 데이터베이스 연결을 매번 새로 생성하고 해제하는 것보다 훨씬 효율적이며, 리소스를 절약하고 애플리케이션의 반응 속도를 빠르게 한다.

 

데이터베이스 커넥션을 획득할 때는 다음과 같은 복잡한 과정을 거친다.

1. 애플리케이션 로직은 DB 드라이버를 통해 커넥션을 조회한다.
2. DB 드라이버는 DB와 TCP/IP 커넥션을 연결한다. 물론 이 과정에서 3 way handshake 같은 TCP/IP 연결을 위한 네트워크 동작이 발생한다.
3. DB 드라이버는 TCP/IP 커넥션이 연결되면 ID, PW와 기타 부가정보를 DB에 전달한다.
4. DB는 ID, PW를 통해 내부 인증을 완료하고, 내부에 DB 세션을 생성한다.
5. DB는 커넥션 생성이 완료되었다는 응답을 보낸다.
6. DB 드라이버는 커넥션 객체를 생성해서 클라이언트에 반환한다.

이렇게 커넥션을 새로 만드는 것은 과정도 복잡하고 시간도 많이 많이 소모되는 일이다.
DB는 물론이고 애플리케이션 서버에서도 TCP/IP 커넥션을 새로 생성하기 위한 리소스를 매번 사용해야 한다.

진짜 문제는 사용자가 애플리케이션을 사용할 때, SQL을 실행하는 시간 뿐만 아니라 커넥션을 새로 만드는 시간이 추가 되기 때문에 결과적으로 응답 속도에 영향을 준다. 이것은 사용자에게 좋지 않은 경험을 줄 수 있다.

이런 문제를 한번에 해결하는 아이디어가 바로 커넥션을 미리 생성해두고 사용하는 커넥션 풀이라는 방법이다. 커넥션 풀은 이름 그대로 커넥션을 관리하는 풀이다.

 

애플리케이션을 시작하는 시점에 커넥션 풀은 필요한 만큼 커넥션을 미리 확보해서 풀에 보관한다. 보통 얼마나 보관할지는 서비스의 특징과 서버 스펙에 따라 다르지만 기본값은 보통 10개이다.

 

커넥션 풀에 들어 있는 커넥션은 TCP/IP로 DB와 커넥션이 연결되어 있는 상태이기 때문에 언제든지 즉시 SQL을 DB에 전달할 수 있다.

 

• 애플리케이션 로직에서 이제는 DB 드라이버를 통해서 새로운 커넥션을 획득하는 것이 아니다.
• 이제는 커넥션 풀을 통해 이미 생성되어 있는 커넥션을 객체 참조로 그냥 가져다 쓰기만 하면 된다.
• 커넥션 풀에 커넥션을 요청하면 커넥션 풀은 자신이 가지고 있는 커넥션 중에 하나를 반환한다.

 

• 애플리케이션 로직은 커넥션 풀에서 받은 커넥션을 사용해서 SQL을 데이터베이스에 전달하고 그 결과를 받아서 처리한다.
• 커넥션을 모두 사용하고 나면 이제는 커넥션을 종료하는 것이 아니라, 다음에 다시 사용할 수 있도록 해당 커넥션 을 그대로 커넥션 풀에 반환하면 된다. 여기서 주의할 점은 커넥션을 종료하는 것이 아니라 커넥션이 살아있는 상 태로 커넥션 풀에 반환해야 한다는 것이다.

 

대표적인 커넥션 풀 오픈소스는 commons-dbcp2, tomcat-jdbc pool, HikariCP 등이 있다.

성능과 사용의 편리함 측면에서 최근에는 HikariCP를 주로 사용한다. 스프링 부트 2.0부터는 기본 커넥션 풀로 HikariCP를 제공한다.

성능, 사용의 편리함, 안전성 측면에서 이미 검증이 되었기 때문에 커넥션 풀을 사용할 때는 고민할 것 없이 HikariCP를 사용하면 된다.

 

 

DataSource 개념

데이터베이스의 커넥션을 얻는 방법은 JDBC DriverManager 를 직접 사용하거나, 커넥션 풀을 사용하는 등 다양한 방법이 존재한다.

 

JDBC를 이용한 DriverManager 를 통해서 커넥션을 획득하다가, 커넥션 풀을 사용하는 방법으로 변경하려면 커넥션을 획득하는 애플리케이션 코드도 함께 변경해야 한다. 의존관계가 DriverManager 에서 HikariCP 로 변경되기 때문이다. 당연히 둘의 사용법도 조금씩 다를 것이다.

 

 

이러한 문제를 해결하기 위해 DataSource 가 존재한다.

• 자바에서는 이 문제를 해결하기 위해 javax.sql.DataSource 라는 인터페이스를 제공한다. DataSource 는 커넥션을 획득하는 방법을 추상화하는 인터페이스이다.
• 이 인터페이스의 핵심 기능은 커넥션 획득이다.

public interface DataSource {
   Connection getConnection() throws SQLException;
}

 

DriverManager는 DataSource 인터페이스를 사용하지 않는다. 따라서 DriverManager는 직접 사용해야 한다.

DriverManager를 사용하다가 DataSource 기반의 커넥션 풀을 사용하도록 변경하면 관련 코드를 다 고쳐야 한다.

 

이런 문제를 해결하기 위해 스프링은 DriverManager도 DataSource를 통해서 사용할 수 있도록 DriverManagerDataSource라는 DataSource를 구현한 클래스를 제공한다.

 

자바는 DataSource를 통해 커넥션을 획득하는 방법을 추상화했다. 이제 애플리케이션 로직은 DataSource 인터페이스에만 의존하면 된다.

덕분에 DriverManagerDataSource를 통해서 DriverManager를 사용하다가 커넥션 풀을 사용하도록 코드를 변경해도 애플리케이션 로직은 변경하지 않아도 된다.

 

DriverManager와 DriverManagerDataSource

DriverManager로 커넥션 얻기

void driverManager() throws SQLException {
    Connection con1 = DriverManager.getConnection(URL, USERNAME, PASSWORD); //첫 번째 커넥션
    Connection con2 = DriverManager.getConnection(URL, USERNAME, PASSWORD); //두 번째 커넥션
}

 

DriverManagerDataSource로 커넥션 얻기

//설정
void dataSourceDriverManager() throws SQLException{
    //DriverManagerDataSource - 항상 새로운 커넥션 획득
    DriverManagerDataSource dataSource = new DriverManagerDataSource(URL, USERNAME, PASSWORD);
    useDataSource(dataSource);
}

//사용
private void useDataSource(DataSource dataSource) throws SQLException{
    Connection con1 = dataSource.getConnection();
    Connection con2 = dataSource.getConnection();
    log.info("connection={}, class={}", con1, con1.getClass());
    log.info("connection={}, class={}", con2, con2.getClass());
}

 

DriverManagerDataSource 는 DataSource 를 통해서 커넥션을 획득할 수 있다.

 

DriverManager는 커넥션을 획득할 때 마다 URL, USERNAME, PASSWORD 같은 파라미터를 계속 전달해야 한다.

반면에 DataSource를 사용하는 방식은 처음 객체를 생성할 때만 필요한 파라미터를 넘겨두고, 커넥션을 획득할 때는 단순히 dataSource.getConnection() 만 호출하면 된다.

 

설정과 사용의 분리는 나중에 변경사항이 있을 때 유연하게 대처할 수 있게 해준다.

DriverManagerDataSource는 항상 새로운 커넥션만 획득한다는 주의점이 있다.

 

커넥션 풀(HikariCP)

사용

void dataSourceConnectionPool() throws SQLException, InterruptedException{
    HikariDataSource dataSource = new HikariDataSource(); //구현체 HikariCP
    dataSource.setJdbcUrl(URL);
    dataSource.setUsername(USERNAME);
    dataSource.setPassword(PASSWORD);
    
    dataSource.setMaximumPoolSize(10); //기본이 10개
    dataSource.setPoolName("MyPool"); //커넥션풀 이름 설정

    useDataSource(dataSource);
}

private void useDataSource(DataSource dataSource) throws SQLException{
    Connection con1 = dataSource.getConnection(); //커넥션 얻기
    Connection con2 = dataSource.getConnection(); //커넥션 얻기
}

 

커넥션 풀에서 커넥션을 생성하는 작업은 애플리케이션 실행 속도에 영향을 주지 않기 위해 별도의 쓰레드에서 작동한다.

커넥션 풀 사이즈가 10이라고 하면, 10개를 만드는 작업을 별도의 스레드에서 나눠한다는 뜻이다.(정확히 몇개의 개별 스레드에서 생성하는지는 모름)

 

위 코드에서 커넥션을 2개 사용했기 때문에 아래와 같이 총 10개, 사용 2개, 미사용 8개, 대기 0개인 모습을 확인할 수 있다.

MyPool - After adding stats (total=10, active=2, idle=8, waiting=0)

 

반납

커넥션을 얻고 작업을 완료했다면 커넥션을 반납해야 한다.

JdbcUtils

Spring 프레임워크에 포함된 유틸리티 클래스이다.
이 클래스는 JDBC 작업을 수행할 때 반복적으로 필요한 작업들을 단순화하는 여러 정적 메서드를 제공한다.
주로 데이터베이스 리소스인 ResultSet, Statement, Connection 등을 안전하게 닫는 데 사용된다.
JdbcUtils를 활용하면, 리소스 누수를 방지하고 코드의 가독성을 높일 수 있다.

closeResultSet(ResultSet rs): ResultSet 객체를 닫는다. 만약 rs가 null이 아니라면, close() 메서드를 호출한다. closeStatement(Statement stmt): Statement 객체를 닫는다. stmt가 null이 아닌 경우, close() 메서드를 실행한다. closeConnection(Connection con): Connection 객체를 닫는다. con이 null이 아니라면, close() 메서드를 수행한다. 커넥션 풀을 사용하는 환경에서는 이 메서드가 커넥션을 실제로 닫는 것이 아니라 풀로 반환한다는 점을 의미한다.

private void close(Connection con, Statement stmt, ResultSet rs) {
    JdbcUtils.closeResultSet(rs);
    JdbcUtils.closeStatement(stmt);
    JdbcUtils.closeConnection(con);
}

JdbcUtils.closeResultSet(rs), JdbcUtils.closeStatement(stmt), JdbcUtils.closeConnection(con)과 같은 메서드를 사용하면, HikariCP를 포함한 대부분의 JDBC 커넥션 풀에서 커넥션을 반납하는 과정을 명시적으로 처리할 수 있다.

 

이러한 유틸리티 메서드들은 내부적으로 해당 리소스의 close() 메소드를 호출하여, 열려 있는 ResultSet, Statement, Connection 등을 안전하게 닫아주고 자원을 해제한다.

커넥션 풀의 경우, Connection 객체의 close() 메소드 호출은 실제로 데이터베이스 연결을 종료하는 것이 아니라, 커넥션을 풀로 반납하는 작업을 수행한다.

따라서, 이러한 메서드들을 사용하여 리소스를 닫을 때, HikariCP 커넥션 풀에 커넥션이 정상적으로 반납되므로, 커넥션 반납을 위한 별도의 코드를 작성할 필요가 없다.