Spring JPA MySQL skip locked 성능 최적화 - 선착순 쿠폰 발급 예제

개요

• spring JPA에서 MySQL skip locked를 활용한 성능 최적화 방법 설명
• 선착순 쿠폰 발급 상황에서의 동시성 이슈를 고려하여 최적화

MYSQL skip locked 관련 내용
 

ERD

• 하나의 쿠폰 테이블에서 모든 쿠폰 정보를 관리
  • 새로운 쿠폰이 추가되면 새로운 쿠폰명/쿠폰타입으로 테이블에 데이터를 append하는 방식
• 유저ID가 NULL인 필드는 아직 발급되지 않은 쿠폰을 의미

JPA Entity

User Entity

@Entity
@Getter
@Setter
@Builder
@AllArgsConstructor
@NoArgsConstructor
public class User {
    @Id
    @GeneratedValue(strategy = GenerationType.IDENTITY)
    @Column(name = "user_id")
    private Long userId;

    @Column(name = "user_name", length = 255)
    private String name;

    @OneToMany(mappedBy = "user", cascade = CascadeType.ALL)
    private List<Coupon> couponList;
}

Coupon Entity

@Entity
@Getter
@Setter
@Builder
@AllArgsConstructor
@NoArgsConstructor
public class Coupon {
    @Id
    @GeneratedValue(strategy = GenerationType.IDENTITY)
    @Column(name = "coupon_id")
    private Long couponID;

    @ManyToOne(fetch = FetchType.LAZY, cascade = CascadeType.ALL)
    @JoinColumn(name = "user_id")
    private User user;

    @Column(name = "coupon_name")
    private String name;

    @Enumerated(value = EnumType.STRING)
    @Column(name = "coupon_type")
    private CouponType type;
}

Service

@Service
@RequiredArgsConstructor
@Slf4j
public class CouponService {
    private final CouponRepository couponRepository;
    private final UserRepository userRepository;
		
		...
		
    @Transactional
    public boolean simpleIssueCoupon(long userId, String couponName, CouponType couponType) {
        PageRequest pageRequest = PageRequest.of(0, 1);
        List<Coupon> remainCouponList = couponRepository.getSimpleRemainCoupon(couponName, couponType, pageRequest);
        if (remainCouponList.size() == 0) {
            log.error("남은 쿠폰이 존재하지 않습니다.");
            return false;
        }

        Coupon remainCoupon = remainCouponList.get(0);

        User user = userRepository.findById(userId).get();
        remainCoupon.setUser(user);

        return true;
    }

    @Transactional
    public boolean pessimisticLockIssueCoupon(long userId, String couponName, CouponType couponType) {
        PageRequest pageRequest = PageRequest.of(0, 1);
        List<Coupon> remainCouponList = couponRepository.getPessimisticLockRemainCoupon(couponName, couponType, pageRequest);
        if (remainCouponList.size() == 0) {
            log.error("남은 쿠폰이 존재하지 않습니다.");
            return false;
        }

        Coupon remainCoupon = remainCouponList.get(0);

        User user = userRepository.findById(userId).get();
        remainCoupon.setUser(user);

        return true;
    }

    @Transactional
    public boolean skipLockedIssueCoupon(long userId, String couponName, CouponType couponType) {
        Coupon remainCoupon = couponRepository.getSkipLockedRemainCoupon(couponName, couponType.name());
        if (remainCoupon == null) {
            log.error("남은 쿠폰이 존재하지 않습니다.");
            return false;
        }
        User user = userRepository.findById(userId).get();
        remainCoupon.setUser(user);

        return true;
    }
}

1. userID가 nullable인 쿠폰을 조회
2. 조회된 쿠폰을 유저에게 발급

Repository

public interface CouponRepository extends JpaRepository<Coupon, Long>, CouponRepositoryCustom {
		...

    @Query("select c from Coupon c where c.name = :name AND c.type = :type AND c.user IS NULL")
    List<Coupon> getSimpleRemainCoupon(@Param("name") String couponName, @Param("type") CouponType couponType, Pageable pageable);

    @Lock(LockModeType.PESSIMISTIC_WRITE)
    @Query("select c from Coupon c where c.name = :name AND c.type = :type AND c.user IS NULL")
    List<Coupon> getPessimisticLockRemainCoupon(@Param("name") String couponName, @Param("type") CouponType couponType, Pageable pageable);

    @Query(nativeQuery = true,
            value = "select * " +
                    "from coupon c " +
                    "where c.coupon_name = :name AND c.coupon_type = :type AND c.user_id IS NULL LIMIT 1 for update skip locked")
    Coupon getSkipLockedRemainCoupon(@Param("name") String couponName, @Param("type") String couponType);
    
}

• getSimpleRemainCoupon : 아무런 lock없이 남아있는 쿠폰을 조회
• getPessimisticLockRemainCoupon : 비관적 락을 사용해 남아있는 쿠폰을 조회
• getSkipLockedRemainCoupon : mySQL skip locked을 사용해 남아있는 쿠폰을 조회

Test

• 조건 100명의 유저가 1000개의 쿠폰을 연속적으로 요청해서 발급받음

@Test
void TestSimpleIssueCoupon() throws InterruptedException {
    final ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(executorNum);
    final CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(executorNum);
    final AtomicInteger totalIssued = new AtomicInteger();

    int totalCoupon = couponService.findTotalCoupon("test", CouponType.TYPE_A).size();
    int remainCoupon = couponService.findRemainCoupon("test", CouponType.TYPE_A).size();

    System.out.println("start issuing..");
    System.out.println("totalCoupon = " + totalCoupon);
    System.out.println("remainCoupon = " + remainCoupon);
    System.out.println("totalIssued = " + totalIssued);
    long startTimeMillis = System.currentTimeMillis();

    for (int i = 0; i < executorNum; i++) {
        executor.execute(() -> {
            while (true) {
                long userId = getRandomUserId();
                boolean isIssued = couponService.simpleIssueCoupon(userId, "test", CouponType.TYPE_A);
                if (isIssued) {
                    totalIssued.incrementAndGet();
                } else {
                    break;
                }
            }
            countDownLatch.countDown();
        });
    }

    countDownLatch.await();
    long endTimeMillis = System.currentTimeMillis();

    totalCoupon = couponService.findTotalCoupon("test", CouponType.TYPE_A).size();
    remainCoupon = couponService.findRemainCoupon("test", CouponType.TYPE_A).size();
    System.out.println("end issuing..");
    System.out.println("totalCoupon = " + totalCoupon);
    System.out.println("remainCoupon = " + remainCoupon);
    System.out.println("totalIssued = " + totalIssued);
    System.out.println("elapsed time millis = " + (endTimeMillis - startTimeMillis));
}

Simple

sql

SELECT c1_0.coupon_id,c1_0.coupon_name,c1_0.coupon_type,c1_0.user_id
FROM coupon c1_0
WHERE c1_0.coupon_name=? and c1_0.coupon_type=? and c1_0.user_id is null
LIMIT ?,?

update coupon set coupon_name=?,coupon_type=?,user_id=? where coupon_id=?

output

start issuing..
totalCoupon = 1000
remainCoupon = 1000
totalIssued = 0

end issuing..
totalCoupon = 1000
remainCoupon = 0
totalIssued = 4993

elapsed time millis = 5963

• 동시성 문제 때문에 1000개의 쿠폰을 발급했지만 최종적으로 4993개의 쿠폰이 사용자에게 발급됨
• 최종적으로 5963ms 소요

Pessimistic Lock

sql

SELECT c1_0.coupon_id,c1_0.coupon_name,c1_0.coupon_type,c1_0.user_id 
FROM coupon c1_0
WHERE c1_0.coupon_name=? and c1_0.coupon_type=? and c1_0.user_id is null
LIMIT ?,? for update

update coupon set coupon_name=?,coupon_type=?,user_id=? where coupon_id=?

output

start issuing..
totalCoupon = 1000
remainCoupon = 1000
totalIssued = 0

end issuing..
totalCoupon = 1000
remainCoupon = 0
totalIssued = 1000

elapsed time millis = 3277

• 비관적 락을 통해 해당 테이블의 데이터를 읽을 때 락을 수행
• 정확히 1000건의 쿠폰이 발급됨
• 최종적으로 3277ms 소요
  • 락을 걸지 않았을 때에는 동시성 이슈 때문에 최종적으로 4993건의 쿠폰이 발급되었기 때문에, 락을 걸지 않았을 때보다 소요시간이 감소
• 다음 사용자가 쿠폰을 발급 받기 위해서는 남아있는 쿠폰이 있음에도 불구하고 현재 사용자의 쿠폰 발급이 끝날 때까지 대기해야 함

Skip Locked

sql

SELECT * 
FROM coupon c
WHERE c.coupon_name = ? AND c.coupon_type = ? AND c.user_id IS NULL 
LIMIT 1 for update skip locked

update coupon set coupon_name=?,coupon_type=?,user_id=? where coupon_id=?

output

start issuing..
totalCoupon = 1000
remainCoupon = 1000
totalIssued = 0

end issuing..
totalCoupon = 1000
remainCoupon = 0
totalIssued = 1000

elapsed time millis = 1032

• 비관적 락을 통해 해당 테이블의 데이터를 읽을 때 락을 수행
• 정확히 1000건의 쿠폰이 발급됨
• 최종적으로 1032ms 소요
  • mysql의 skip locked 옵션을 통해서 lock이 걸려있는 레코드는 제외하고 쿼리를 수행
• 현재 사용자가 쿠폰 발급이 끝나지 않았더라도 쿠폰이 남아있다면 다음 사용자의 쿼리를 수행할 수 있음

정리

전체 쿠폰 수 : 1000
동시 요청 사용자 수 : 100

	simple query	pessimistic lock query	skip locked query	versioning
발급 쿠폰 수	≥ total	= total	= total	≤ total
전체 소요시간(ms)	5963	3277	1032	x
쿠폰 당 소요시간(ms)	1.19	3.27	1.03	x

• simple query에서 측정된 소요시간에는 동시성 문제에 의한 update lock에 의한 대기 시간도 포함되기 때문에 쿠폰 당 소요시간이 skip locked query보다 높은 것처럼 나옴
• skip locked를 사용하면 lock을 사용하지 않은 query와 비슷한 성능을 낼 수 있음

skip locked의 단점

• JPA에서 native query를 사용하기 때문에 DB에 종속되는 코드를 수행
  • 상황에 맞춰 적절히 사용하는 것을 권장