MySQL Engine Lock

MySQL 엔진 레벨의 잠금은 MySQL 서버의 상위 레벨에서 동작한다.

• 사용되는 스토리지 엔진의 종류와 관계 없이 적용
• 테이블이나 데이터베이스 전체와 같이 상대적으로 넓은 범위에 영향을 미침

글로벌 락(Global Lock)

• 범위: MySQL 서버 전체에 영향
• 동작: 한 세션에서 글로벌 락을 획득하면, 해당 세션을 제외한 다른 모든 세션에서 SELECT를 제외한 대부분의 DDL, DML 대기
• 획득 및 해제: FLUSH TABLES WITH READ LOCK 명령으로 획득하고, UNLOCK TABLES 명령으로 해제

백업 락(Backup Lock)

스토리지 엔진 환경에서 온라인 백업을 위해 도입된 더 가벼운 형태의 락으로, 아래의 작업만 제한되고 일반적인 데이터 변경은 허용된다.

• 데이터베이스 및 테이블 등의 변경 및 삭제
• REPAIR TABLE / OPTIMIZE TABLE 명령
• 사용자 관리 및 비밀번호 변경

주로 복제(Replication) 환경의 레플리카 서버에서 백업을 수행할 때, 서비스 중단 없이 안전한 백업을 위해 사용된다.

테이블 락(Table Lock)

개별 테이블 단위로 설정되는 잠금으로, 명시적 또는 묵시적으로 특정 테이블의 락을 획득할 수 있다.

• 명시적 락
  • LOCK TABLES tbl_name [READ | WRITE] 명령으로 획득
  • UNLOCK TABLES 명령으로 해제
  • 특별한 상황이 아니면 애플리케이션에서 사용할 일이 거의 없음
  • 명시적으로 테이블을 잠그는 작업은 글로벌 락과 동일하게 다른 작업에 큰 영향을 미침
• 묵시적 락
  • ALTER TABLE과 같은 DDL 문장을 실행하면 모든 스토리지 엔진에서 MySQL 서버가 내부적으로 테이블에 잠금 설정
  • InnoDB 엔진에서는 스토리지 엔진 차원에서 레코드 기반의 잠금을 제공하기 때문에 DML 쿼리로 묵시적 락이 설정되지 않음(MyISAM에선 발생)

네임드 락(Named Lock)

테이블이나 레코드 같은 데이터베이스 객체가 아닌, 사용자가 지정한 임의의 문자열(String)에 대해 잠금을 획득하고 해제하는 기능이다.

-- lock_name 문자열을 10초 동안 락을 획득
SELECT GET_LOCK('lock_name', 10);

-- lock_name 문자열에 대해 잠금 확인
SELECT IS_FREE_LOCK('lock_name');

-- lock_name 문자열에 대해 잠금 해제
SELECT RELEASE_LOCK('lock_name');

• 네임드 락은 트랜잭션과 무관하게 동작하여, 트랜잭션이 커밋되거나 롤백되어도 자동으로 해제되지 않음(명시적으로 RELEASE_LOCK을 호출 필요)
• 여러 서버 인스턴스가 동일한 데이터에 접근하는 분산 환경에서 특정 작업을 하나의 인스턴스만 수행하도록 보장하기 위한 분산 락(Distributed Lock)을 구현하는 데 유용하게 사용

응용 - 분산 락

네임드 락은 아래와 같이 명시적으로 락을 설정하고 해제하는 방식으로 분산 락을 구현할 수 있다.

LockRepository.java

public interface LockRepository extends JpaRepository<Stock, Long> {

    @Query(value = "SELECT GET_LOCK(:key, 3000)", nativeQuery = true)
    void getLock(String key);

    @Query(value = "SELECT RELEASE_LOCK(:key)", nativeQuery = true)
    void releaseLock(String key);
}

// NamedLockService.java
public class NamedLockService {

    private LockRepository lockRepository;
    private StockService stockService;

    @Transactional
    public void decrease(Long id, Long quantity) {
        try {
            // 1. 락 획득, 이미 락이 설정되어 있는 경우 대기하게 됨
            lockRepository.getLock(id.toString());
            // 2. 재고 감소 로직
            stockService.decreaseStock(id, quantity);
        } finally {
            // 3. 락 해제
            lockRepository.releaseLock(key);
        }
    }
}

메타데이터 락(Metadata Lock)

데이터베이스 객체(테이블, 뷰 등)의 구조나 이름을 변경하는 작업을 할 때, 해당 객체의 정의 정보를 보호하기 위해 내부적으로 획득하는 잠금이다.

-- Case 1: 테이블 이름 두 번에 걸쳐 변경
RENAME TABLE rank TO rank_backup;
RENAME TABLE rank_new TO rank;
-- 잠금 획득 실패로 변경 불가

-- Case 2: 테이블 이름 한 번에 변경
RENAME TABLE rank TO rank_backup, rank_new TO rank;

Case1 같이 RENAME TABLE 명령을 두 번에 걸쳐 실행하면, 아주 짧은 시간이지만, rank가 존재하지 않는 순간이 생기게 된다.

응용 - 테이블 구조 변경

MySQL에서는 Online DDL 기능을 제공하지만, 테이블 크기가 크거나 인덱스 재구성이 필요한 경우 상당한 시간이 소요될 수 있다.
이런 경우에는 신규 테이블을 생성하고 데이터를 점진적으로 복사한 후, 최종적으로 RENAME TABLE 명령으로 교체하는 방식이 효과적이다.

1. 새로운 구조의 테이블 생성
2. 과거 데이터부터 Primary Key 기준 범위별로 복사
3. autocommit = 0 설정
4. 대상 테이블들에 WRITE 락 설정
5. 최근 데이터 복사 및 COMMIT
6. 테이블 이름 교체 (RENAME)
7. 락 해제 및 기존 테이블 삭제

-- 1. 새로운 구조의 테이블 생성
CREATE TABLE access_log_new
(
    id        BIGINT NOT NULL AUTO_INCREMENT,
    client_ip INT UNSIGNED,
--  ...
    PRIMARY KEY (id)
)

-- 2. 최근(1시간 직전 또는 하루 전) 데이터까지는 Primary Key인 id 값을 범위별로 나눠서 복사
INSERT INTO access_log_new
SELECT *
FROM access_log_new
WHERE id BETWEEN 1 AND 1000000;

INSERT INTO access_log_new
SELECT *
FROM access_log_new
WHERE id BETWEEN 1000001 AND 2000000;

INSERT INTO access_log_new
SELECT *
FROM access_log_new
WHERE id BETWEEN 2000001 AND 3000000;
-- ...

-- 3. 트랜잭션을 auto commit으로 설정(START TRANSACTION과 테이블 락은 호환되지 않아 autocommit을 0으로 설정)
SET autocommit = 0;

-- 4. 작업 대상 테이블 2개에 대해 테이블 쓰기 락 설정
LOCK TABLES access_log WRITE, access_log_new WRITE;

-- 5. 기존 테이블의 데이터를 새로운 테이블로 복사
SELECT MAX(id) as max_id
FROM access_log;
INSERT INTO access_log_new
SELECT *
FROM access_log
WHERE id > max_id;
COMMIT;

-- 6. 모든 데이터 복사 완료 후 테이블 이름 변경
RENAME TABLE access_log TO access_log_old, access_log_new TO access_log;

-- 7. 테이블 쓰기 락 해제 및 테이블 삭제
UNLOCK TABLES;
DROP TABLE access_log_old;

MDL 주의사항

메타데이터 락(MDL)은 트랜잭션과 밀접하게 연관되어 있어, 트랜잭션이 활성화된 상태에서는 의도치 않게 MDL로 인해 대기 상황이 발생할 수 있다.

1. 테이블에 대한 쿼리(SELECT 포함)가 실행되면, 해당 쿼리가 속한 트랜잭션이 끝날 때까지 테이블에 대한 공유 메타데이터 락 획득
2. RENAME TABLE이나 ALTER TABLE과 같은 DDL은 배타적 메타데이터 락(EXCLUSIVE)을 필요
3. 때문에 해당 테이블을 사용하는 어떠한 활성 트랜잭션도 없을 때만 획득 가능

-- 세션 1: 장기 실행 트랜잭션 (분석 쿼리 등)
START TRANSACTION;
SELECT *
FROM users
WHERE ...;
-- 쿼리 실행이 오래 걸리거나, COMMIT이 늦어짐
-- 트랜잭션이 종료될 때까지 users 테이블에 대한 Shared MDL을 점유


-- 세션 2: DDL 실행
RENAME TABLE users TO users_backup, users_new TO users;
-- 세션 1의 트랜잭션이 끝나길 기다리며 '대기' 상태에 빠짐


-- 세션 3: 새로운 일반 쿼리
SELECT *
FROM users
WHERE user_id = 123;
-- 이 쿼리는 세션 1의 공유 락과는 충돌하지 않지만, 대기열에 먼저 들어온
-- 세션 2의 DDL 작업 때문에 함께 '대기' 상태에 빠짐

단순히 테이블 변경 작업이 계속 대기하는 것이 문제가 아니라, 다른 모든 쿼리가 대기 상태에 빠질 수 있어 주의해야 한다.

1. RENAME TABLE 세션 1에 의해 배타적 메타데이터 락 획득 대기
2. 이후의 모든 쿼리가 세션 1의 트랜잭션과 상관 없이 RENAME TABLE 명령이 완료될 때까지 대기
3. 새로운 쿼리들이 연쇄적으로 쌓이게 되면서 DB 커넥션이 모두 소진되어 서비스 장애로 이어질 수 있음

참고자료

• Real MySQL 8.0 (1권)
• MySQL 공식 문서 - Metadata Locking