Reference. 자바 ORM 표준 JPA 프로그래밍

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들어가기 전 JPA 특징, Q&A

1. JPA 소개

1.1 SQL을 직접 다룰 때 발생하는 문제점

1.2 패러다임의 불일치

1.3 JPA란 무엇인가?

2. JPA 시작

3. 영속성 관리

3.1 엔티티 매니저 팩토리와 엔티티 매니저

4. 엔티티 매핑

4.1 - 4.3 @Entity, @Table, 다양한 매핑

4.4 - 4.5 데이터베이스 스키마 자동 생성, DDL 생성 기능

5. 연관관계 매핑 기초

6. 다양한 연관관계 매핑

7. 고급매핑

7.2 @MappedSuperclass

7.3 복합 키와 식별 관계 매핑

7.4 조인 테이블

7.5 엔티티 하나에 여러 테이블 매핑

8. 프록시와 연관관계 관리

8.1~2 프록시, 즉시 로딩과 지연 로딩

8.3 지연 로딩 활용

8.4~5 영속성 전이, 고아 객체

9. 값 타입

9.1~2 기본값 타입, 임베디드 타입

9.3~5 값 타입과 불변 객체, 값 비교, 값 타입 컬렉션

10. 객체지향 쿼리 언어

11. 웹 애플리케이션 제작

11.1 프로젝트 환경설정

11.2 도메인 모델과 테이블 설계

11.3 애플리케이션 구현

12. 스프링 데이터 JPA

12.1~3 스프링 데이터 JPA 소개, 공통 인터페이스 기능

12.4 쿼리 메소드 기능

12.5~10 명세, 사용자 정의 리포지토리, Web 확장...

13. 웹 애플리케이션과 영속성 관리

13.1 트랜잭션 범위의 영속성 컨텍스트

14. 컬렉션과 부가기능

15. 고급 주제와 성능 최적화

16. 트랜잭션과 락, 2차 캐시

16.2 2차 캐시

16.2.1 1차 캐시와 2차 캐시

네트워크를 통해 DB에 접근하는 시간 비용은 애플리케이션 내부 메모리에 접근하는 시간 비용보다 수만에서 수십만 배 이상 비쌈

조회한 데이터를 메모리에 캐시해서 DB 접근 횟수를 줄이면 성능이 획기적으로 개선 가능

영속성 컨텍스트의 1차 캐시는 트랜잭션을 시작하고 종료할 떄까지만 유효

OSIV를 사용해도 클라이언트의 요청이 들어올 떄부터 끝날 때까지만 1차 캐시가 유효

따라서 애플리케이션 전체로 보면 DB 접근 횟수를 획기적으로 줄이지 못함

대부분의 JPA 구현체들은 애플리케이션 범위의 캐시를 지원 (이것이 공유 캐시 또는 2차 캐시)

2차 캐시를 활용하면 애플리케이션 조회 성능을 향상, 아래는 그 예시

1차 캐시

1차 캐시는 영속성 컨텍스트 내부에 존재하며 엔티티 매니저로 조회, 변경하는 모든 엔티티는 1차 캐시에 저장

트랜잭션을 커밋하거나 플러시를 호출하면 1차 캐시에 있는 엔티티의 변경 내역을 DB에 동기화

OSIV를 사용하면 요청의 시작부터 끝까지 같은 영속성 컨텍스트를 유지

1차 캐시는 끄고 키는 옵션이 아니며, 영속성 컨텍스트 자체가 사실상 1차 캐시를 의미

2차 캐시

애플리케이션에서 공유하는 캐시를 JPA는 공유 캐시라 하는데 일반적으로 2차 캐시라 부름

애플리케이션을 종료할 때까지 캐시가 유지

분산 캐시나 클러스터링 환경의 캐시는 애플리케이션보다 더 오래 유지될 수도 있음

엔티티 매니저를 통해 데이터를 조회할 때 우선 2차 캐시에서 조회, 없으면 DB 조회
- 2차 캐시를 적절히 활용하면 데이터베이스 조회 횟수를 획기적으로 감소

2차 캐시는 동시성을 극대화하기 위해 객체를 직접 반환하지 않고 복사본을 만들어서 반환

2차 캐시의 특징들
- 영속성 유닛 범위의 캐시
- 조회한 객체를 그대로 반환하는 것이 아니라 복사본을 만들어서 반환
- DB 기본 키를 기준으로 캐시하지만 영속성 컨텍스트가 다르면 객체 동일성을 보장하지 않음

16.2.2 JPA 2차 캐시 기능

JPA 2.0에선 캐시 표준을 정의, 여러 구현체가 공통으로 사용하는 부분만 표준화

세밀한 설정을 하려면 구현체에 의존적인 기능을 사용

캐시 모드 설정

2차 캐시를 사용하려면 엔티티에 javax.persistence.Cacheable 어노테이션을 사용

@Cacheable은 @Cacheable(true), @Cacheable(false)를 설정 가능 기본값은 true

캐시 모드 설정 예시

@Cacheable
@Entity
public class Member {
		@Id @GeneratedValue
		private Long id;
		...
}

persistence.xml에 share-cache-mode를 설정해 애플리케이션 전체에 캐시 적용 옵션을 설정

<persistence-unit name="test">
		<shared-cache-mode>ENABLE_SELECTIVE</shared-cahce-mode>
</persistence-unit>

스프링 프레임워크를 사용할 때 설정하는 방법

<bean id="entityManagerFactory" class="org.springframework.orm.jpa.
		LocalContainerEntityManagerFactoryBean">

		<property name="sharedCacheMode" value="ENABLE_SELECTIVE" />
		...
</bean>

SharedCacheMode 캐시 모드 설정

캐시 모드	설명
ALL	모든 엔티티를 캐시
NONE	캐시를 사용하지 않음
ENABLE_SELECTIVE	Cacheable(true)로 설정된 엔티티만 캐시 적용
DISABLE_SELECTIVE	모든 엔티티를 캐시하는데 Cacheable(false)로 명시된 엔티티는 캐시 안함
UNSPECIFIED	JPA 구현체가 정의한 설정을 따름

캐시 조회, 저장 방식 설정

캐시를 무시하고 DB를 직접 조회하거나 캐시를 갱신하려면 캐시 조회 모드와 보관 모드를 사용
```
em.setProperty("javax.persistence.cache.retrieveMode", CacheRetrieveMode.BYPASS);
```

캐시 조회 모드나 보관 모드에 따라 사용할 프로퍼티 옵션이 다름
- 프로퍼티 이름
  - javax.persistence.cache.retrieveMode: 캐시 조회 모드 프로퍼티 이름
  - javax.persistence.cache.storeMode: 캐시 보관 모드 프로퍼티 이름
- 옵션
  - javax.persistence.CacheRetrieveMode: 캐시 조회 모드 설정 옵션
  - javax.persistence.CacheStoreMode: 캐시 보관 모드 설정 옵션

CacheRetrieveMode 옵션
- USE: 캐시에서 조회, 기본값
- BYPASS: 캐시를 무시하고 데이터베이스에 직접 접근

CacheStoreMode 옵션
- USE: 조회한 데이터를 캐시에 저장, 조회한 데이터가 이미 캐시에 있으면 캐시 데이터를 최신 상태로 갱신하지 않음, 트랜잭션을 커밋하면 등록 수정한 엔티티도 캐시에 저장. 기본값
- BYPASS: 캐시에 저장하지 않음
- REFRESH: USE 전략에 추가로 DB에 조회한 엔티티를 최신 상태로 다시 캐시

엔티티 매니저 범위 예시

em.setProperty("javax.persistence.cache.retrieveMode", CacheRetrieveMode.BYPASS);
em.setProperty("javax.persistence.cache.storeMode", CacheStoreMode.BYPASS);

find()에서 사용하는 예시

Map<String, Object> param = new HashMap<String, Object>();
param.put("javax.persistence.cache.retriveMode", CacheRetrieveMode.BYPASS);
param.put("javax.persistence.cache.storeMode", CacheStoreMode.BYPASS);

em.find(TestEntity.class, id, param);

JPQL에서 사용하는 예시

em.createQuery("select e from TestEntity e where e.id = :id", TestEntity.class)
		.setParameter("id", id)
		.setHint("javax.persistence.cache.retrieveMode", CacheRetrieveMode.BYPASS)
		.setHint("javax.persistence.cache.storeMode", CacheStoreMode.BYPASS)
		.getSingleResult();

JPA 캐시 관리 API

JPA는 캐시를 관리하기 위한 javax.persistence.Cache 인터페이스를 제공 (EntityManageFactory에서 객체 반환)

Cache 관리 객체 조회 예시

Cache cache = emf.getCache(); //EntityManageFactory
boolean contains = 
			cache.contains(TestEntity.class, testEntity.getId());
System.out.println("contains = ", + contains);

Cache 인터페이스

public interface Cache {
		//해당 엔티티가 캐시에 있는지 여부 확인
		public boolean contains(Class cls, Object primaryKey);

		//해당 엔티티중 특정 식별자를 가진 엔티티를 캐시에서 제거
		public void evict(Class cls, Object primaryKey);

		//해당 엔티티 전체를 캐시에서 제거
		public void evict(Class cls);

		//모든 캐시 데이터 제거
		public void evictAll();

		//JPA Cache 구현체 조회
		public <T> T unwrap(Class<T> cls);
}

16.2.3 하이버네이트와 EHCACHE 적용

하이버네이트가 지원하는 캐시는 크게 3가지로 분류
1. 엔티티 캐시: 엔티티 단위로 캐시, 식별자로 엔티티를 조회하거나 컬렉션이 아닌 연관된 엔티티를 로딩할 때 사용
1. 컬렉션 캐시: 엔티티와 연관된 컬렉션을 캐시, 컬렉션이 엔티티를 담고 있으면 식별자 값만 캐시 (하이버네이트 기능)
1. 쿼리 캐시: 쿼리와 파라미터 정보를 키로 사용해서 캐시, 결과가 엔티티면 식별자 값만 캐시

참고로 JPA 표준에는 엔티티 캐시만 정의

환경설정

하이버네이트에서 EHCACHE를 사용하려면 hibernate-ehcache 라이브러리 추가 필요

EHCACHE는 ehcache.xml을 설정 파일로 사용, 설정 파일은 캐시를 얼마만큼 보관할지와 얼마 동안 보관할지와 같은 캐시 정책을 정의 (자세한 내용은 EHCACHE 공식 문서 참고)

ehcache.xml 추가 예시

<!-- 파일경로 src/main/resources -->
<ehcahce>
		<defaultCache 
				maxElementsInMemory="10000"
				eternal="false"
				timeToldleSeconds="1200"
				timeToLiveSeconds="1200"
				diskExpiryThreadIntervalSeconds="1200"
				memoryStoreEvictionPolicy="LRU"
		/>
</ehcahce>

하이버네이트에 캐시 사용정보 설정 예시

<persistence-unit name="test">
		<shared-cache-mode>ENABLE_SELECTIVE</shared-cache-mode>
		<properties>
				<property name="hibernate.cache.use_second_level_cache" value"true"/>
				<property name="hibernate.cache.use_query_cache" value"true"/>
				<property name="hibernate.cache.region.factory_class"
										value="org.hibernate.cache.ehcache.EhCacheRegionFactory" />
				<property name="hibernate.generate_statistics" value"true" />
		</properties>
		...
</persistence-unit>

설정한 속성 정보에 대한 설명
- use_second_level_cache: 2차 캐시를 활성화, 엔티티 캐시와 컬랙션 캐시를 사용
- use_query_cache: 쿼리 캐시를 활성화
- factory_class : 2차 캐시를 처리할 클래스를 지정 여기서는 EHCACHE를 사용하므로 EhCacheRegionFactory로 지정
- generate_statistics: 하이버네이트가 여러 통계정보를 출력해주며 캐시 적용 여부 확인 가능 (성능에 영향을 주므로 개발 환경에서만 적용하는 것을 추천)

엔티티 캐시와 컬렉션 캐시

캐시 적용 코드

@Cacheable // --1
@Cache(usage = CacheConcurrencyStrategy.READ_WRITE) // --2
@Entity
public class ParentMember {
		@Id @GeneratedValue
		private Long id;
		
		private String name;

		@Cache(usage = CacheConcurrencyStrategy.READ_WRITE) // --3
		@OneToMany(mappedBy = "parentMember", cascade = CascadeType.ALL)
		private List<ChildMember> childMembers = new ArrayList<ChildMember>();
		...
}

@Cacheable: 엔티티를 캐시하려면 1번 처럼 어노테이션을 적용

@Cache: 하이버네이트 전용 어노테이션이며, 2번은 세밀한 설정을 할 때 사용하는 예시이며 3번은 컬렉션 캐시를 적용할 떄의 예시

@Cache

하이버네이트 전용 어노테이션이며, 이것을 사용하면 세밀한 캐시 설정이 가능

@Cache 속성

속성	설명
usage	CacheConcurrencyStrategy를 사용해서 캐시 동시성 전략을 설정
region	캐시 지역 설정
include	연관 객체를 캐시에 포함할지 선택, all, non-lazy옵션 선택 가능하며 기본값은 all

중요한 것은 캐시 동시성 전략을 설정하는 usage 속성

CacheConcurrencyStrategy 속성

속성	설명
NONE	캐시를 설정하지 않음
READ_ONLY	-읽기 전용으로 설정 -등록, 삭제는 가능하지만 수정은 불가능 -읽기 전용은 수정되지 않으므로 2차 캐시를 조회할 때 객체를 복사하지 않고 원본 객체를 반환
NONSTRICT_READ_WRITE	-엄격하지 않은 읽고 쓰기 전략 -동시에 같은 엔티티를 수정하면 데이터 일관성이 깨짐 -EHCACHE는 데이터를 수정하면 캐시 데이터를 무효화 처리
READ_WRITE	-읽기 쓰기가 가능하고 READ COMMITTED 정도의 격리 수준을 보장 -EHCACHE는 데이터를 수정하면 캐시 데이터도 같이 수정
TRANSACTIONAL	-컨테이너 관리 환경에서 사용 -설정에 따라 REPEATABLE READ 정도의 격리 수준을 보장

캐시 종류에 따른 동시성 전략 지원 여부는 하이버네이트 공식 문서를 참고

ConcurrentHashMap은 개발 시에만 사용

캐시 동시성 전략 지원 여부

Cache	read-only	nonstrict-read-write	read-write	transactional
ConcurrentHashMap	yes	yes	yes
EHCache	yes	yes	yes	yes
Infinispan	yes			yes

캐시 영역

캐시를 적용한 코드는 캐시 영역(Cache Region)에 저장

엔티티 캐시 영역은 기본값으로 [패키지명 + 클래스명]을 사용
- Ex) jpabook.jpashop.domain.cache.ParentMember

컬렉션 캐시 영역은 캐시 영역 이름에 캐시한 컬렉션의 필드 명이 추가
- Ex) jpabook.jpashop.domain.cache.ParentMember.childMembers

@Cache(region = "customRegion", ..._) 처럼 속성을 사용해 직접 지정 가능

캐시 영역을 위한 접두사를 설정하려면 persistence.xml 설정에 hibernate.cache.region_prefix 사용
- Ex) core로 설정하면 core.jpabook.jpashop ... 으로 설정

캐시 영역이 정해져 있으므로 세부 설정이 가능

EHCACHE 세부 설정예시 (ParentMember를 600초 마다 캐시에서 제거)

<ehcahce>
		<defaultCache 
				maxElementsInMemory="10000"
				eternal="false"
				timeToldleSeconds="1200"
				timeToLiveSeconds="1200"
				diskExpiryThreadIntervalSeconds="1200"
				memoryStoreEvictionPolicy="LRU"/>

		<cache
				name="jpabook.jpashop.domain.cache.ParentMember"
				maxElementsInMemory="10000"
				eternal="false"
				timeToldleSeconds="600"
				timeToLiveSeconds="600"
				overflowToDisk="false"/>
</ehcahce>

쿼리 캐시

쿼리 캐시는 쿼리와 파라미터 정보를 키로 사용해서 결과를 캐시하는 방법

영속성 유닛을 설정에 use_query_cache 옵션을 꼭 true로 설정

쿼리 캐시를 적용하려는 쿼리마다 org.hibernate.cacheable을 true로 설정하는 힌트를 지정

em.createQuery("select i from Item i", Item.class);
	.setHint("org.hibernate.cacheable", true)
	.getResultList();

NamedQuery에 쿼리 캐시 적용 예시

@Entity
@NamedQuery(
		hints = @QueryHint(name = "org.hibernate.cacheable", value = "true"),
		name = "Member.findByUsername",
		query = "select m.address from Member m where m.name = :username"
)
public class Member {
	...
}

쿼리 캐시 영역

hibernate.cache.user_query_cache 옵션을 통해 쿼리 캐시를 활성화하면 두 캐시 영역이 추가
- org.hibernate.cache.internal.StandardQueryCache:
  - 쿼리 캐시를 지정하는 영역
  - 쿼리, 쿼리 결과 집함, 쿼리를 실행한 시점의 타임스탬프를 보관
- org.hibernate.cache.spi.UpdateTimestampsCache:
  - 쿼리 캐시가 유효한지 확인하기 위해 쿼리 대상 테이블의 가장 최근 변경 시간을 저장하는 영역
  - 테이블 명과 테이블의 최근 변경된 타임스탬프를 보관

쿼리 캐시는 캐시한 데이터 집합을 최신 데이터로 유지하려고 캐시를 실행하는 시간과 쿼리 캐시가 사용하는 테이블들이 가장 최근에 변경된 시간을 비교

캐시를 적용 후 캐시가 사용하는 테이블에 조금이라도 변경이 있으면 DB에서 데이터를 읽어와서 쿼리 결과를 다시 캐시

엔티티를 변경하면 UpdateTimestampsCache 캐시 영역에 엔티티가 매핑한 테이블 이름으로 타임스탬프를 갱신

쿼리 캐시 사용 예시

public List<ParentMember> findParentMembers() {
		return em.createQuery("select p from ParentMember p join p.childMembers c",
				ParentMember.class)
						.setHint("org.hibernate.cacheable", true)
						.getResultList();	
}

쿼리를 실행하면 StandardQueryCache 영역에 타임스탬프를 조회

쿼리가 사용하는 엔티티의 테이블인 PARENTMEMBER, CHILDMEMBER를 UpdateTimestampsCache 캐시 영역에서 테이블들의 타임스탬프를 확인

StandardQueryCache 영역의 타임스탬프가 더 오래되면 DB에서 데이터를 조회해서 다시 캐시

쿼리 캐시를 잘 활용하면 성능 향상이 있지만 빈번하게 변경되는 테이블에선 성능이 더 저하

<주의>

UpdateTimestampsCache 캐시 영역은 만료되지 않도록 설정

해당 영역이 만료되면 모든 쿼리 캐시가 무효화

EHCACHE의 eternal="true" 옵션을 사용하면 캐시에서 삭제되지 않음

<cache
		name="org.hibernate.cache.spi.UpdateTimestampsCache"
		maxElementsInMemory="10000"
		eternal="true" />

쿼리 캐시와 컬렉션 캐시의 주의점

엔티티 캐시를 사용해서 엔티티를 캐시하면 엔티티 정보가 모두 캐시

쿼리 캐시와 컬렉션 캐시는 결과 집합의 식별자 값만 캐시

쿼리 캐시와 컬렉션 캐시를 조회하면 식별자 값만 존재

식별자 값을 하나씩 엔티티 캐시에서 조회해서 실제 엔티티를 조회

쿼리 캐시나 컬렉션 캐시만 사용하고 대상 엔티티에 캐시를 적용하지 않으면 심각한 문제 발생

심각한 문제가 발생하는 예시
1. select m from Member m 쿼리를 실행했는데 쿼리 캐시가 적용된 상태, 결과 집합은 100건
1. 결과 집합에는 식별자만 있으므로 한 건씩 엔티티 캐시 영역에서 조회
1. Member 엔티티는 엔티티 캐시를 사용하지 않으므로 한 건씩 DB에서 조회
1. 100건의 SQL이 실행

쿼리 캐시나 컬렉션 캐시만 사용하고 엔티티 캐시를 사용하지 않으면 집합 수만큼 SQL이 실행

쿼리 캐시나 컬렉션 캐시를 사용하면 결과 대상 엔티티에는 꼭 엔티티 캐시 적용 필요

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