PostgreSQL 격리 수준 구현 — 스냅샷과 가시성 체크

지난 글에서 Dead 튜플을 회수하는 autovacuum을 다뤘다. 이번에는 MVCC가 어떻게 동시 트랜잭션 간의 격리를 실현하는지 — 즉 PostgreSQL이 스냅샷을 통해 각 격리 수준을 구현하는 내부 메커니즘을 살펴본다.

스냅샷의 구조

트랜잭션이 시작되어 첫 번째 쿼리를 실행하는 순간 PostgreSQL은 GetSnapshotData()를 호출해 현재 공유 메모리에서 활성 XID 목록을 수집한다. 스냅샷은 세 값으로 요약된다.

xmin  : 가장 오래된 활성 트랜잭션의 XID
xmax  : 아직 할당되지 않은 다음 XID (스냅샷 생성 직후의 nextXid)
xip[] : xmin ≤ XID < xmax 범위에서 아직 커밋되지 않은 XID 목록

이 스냅샷을 기준으로 튜플의 xmin과 xmax를 비교해 가시성을 판단한다.

-- 현재 트랜잭션 스냅샷 확인 (txid 기반)
BEGIN;
SELECT txid_current_snapshot();
-- 예: 1500:1503:1501  →  xmin=1500, xmax=1503, xip={1501}
SELECT txid_current();
-- 현재 트랜잭션의 XID
COMMIT;

READ COMMITTED — 쿼리마다 새 스냅샷

READ COMMITTED(PostgreSQL 기본값)에서는 각 SQL 문이 실행될 때마다 새로운 스냅샷을 획득한다. 따라서 같은 트랜잭션 내에서 같은 행을 두 번 조회해도, 그 사이에 다른 트랜잭션이 커밋했다면 두 번째 조회에서는 새 값을 본다.

-- 세션 A: READ COMMITTED (기본값)
BEGIN;
SELECT balance FROM accounts WHERE id = 1;  -- 1000 반환

-- (세션 B가 balance를 1500으로 UPDATE·COMMIT)

SELECT balance FROM accounts WHERE id = 1;  -- 1500 반환 ← 변경 보임
-- Non-Repeatable Read 발생
COMMIT;

WHERE 조건을 만족하는 행이 다른 트랜잭션의 UPDATE 이후 조건에서 빠질 수도 있다. UPDATE t SET ...도 실행 시점에 새 스냅샷으로 대상 행을 재탐색하므로, 트랜잭션 시작 후 다른 트랜잭션이 커밋한 변경을 대상으로 삼을 수 있다.

REPEATABLE READ — 트랜잭션 첫 쿼리에 스냅샷 고정

REPEATABLE READ에서는 트랜잭션의 첫 번째 쿼리가 실행되는 시점에 스냅샷이 고정되고 이후 모든 쿼리에서 동일 스냅샷을 사용한다. 같은 조회를 반복해도 항상 동일 결과를 반환한다.

-- 세션 A: REPEATABLE READ
BEGIN ISOLATION LEVEL REPEATABLE READ;
SELECT balance FROM accounts WHERE id = 1;  -- 1000 반환 (스냅샷 고정)

-- (세션 B가 balance를 1500으로 UPDATE·COMMIT)

SELECT balance FROM accounts WHERE id = 1;  -- 여전히 1000 ← 스냅샷 고정
COMMIT;

흥미로운 점은 PostgreSQL의 REPEATABLE READ가 SQL 표준에서는 허용하는 Phantom Read도 방지한다는 것이다. 스냅샷을 고정하기 때문에 INSERT로 추가된 행도 기존 스냅샷 밖의 XID를 갖게 되어 보이지 않는다.

UPDATE 충돌과 스냅샷 재평가

REPEATABLE READ에서 두 트랜잭션이 같은 행을 수정하려 할 때 PostgreSQL은 나중에 도착한 트랜잭션을 대기시킨다. 먼저 커밋한 트랜잭션이 성공하면, 기다리던 트랜잭션은 이제 더 이상 유효하지 않은 스냅샷 기준으로 판단할 수 없으므로 오류로 중단된다.

-- 세션 A와 B 모두 REPEATABLE READ로 같은 행 UPDATE
-- A가 먼저 COMMIT → B는 아래 오류 수신:
-- ERROR: could not serialize access due to concurrent update

-- RC에서는 B가 대기 후 A의 변경을 덮어씀 (경합 조건 발생 가능)

이 동작이 REPEATABLE READ와 SERIALIZABLE을 구분하는 기준과 맞닿아 있다. 다음 글에서 다룰 SSI(Serializable Snapshot Isolation)는 이보다 더 넓은 범위의 직렬화 이상을 탐지한다.

격리 수준 설정

-- 세션 단위 설정
SET SESSION TRANSACTION ISOLATION LEVEL REPEATABLE READ;

-- 개별 트랜잭션 단위 설정 (BEGIN과 함께)
BEGIN ISOLATION LEVEL SERIALIZABLE;

-- 기본값 변경 (postgresql.conf)
-- default_transaction_isolation = 'read committed'

-- 현재 격리 수준 확인
SHOW transaction_isolation;

격리 수준은 성능과 정확성의 트레이드오프다. READ COMMITTED는 락 경합을 최소화하지만 동시 수정 간 이상 현상을 허용한다. REPEATABLE READ는 대부분의 이상을 방지하면서도 SSI 오버헤드 없이 운영할 수 있어 많은 OLTP 시스템의 실질적 선택지다.

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지난 글: PostgreSQL Autovacuum 튜닝 — 자동 공간 회수의 최적화

다음 글: SSI — 직렬화 스냅샷 격리의 충돌 감지

읽어주셔서 감사합니다. 😊