데이터베이스 커넥션 풀의 가장 흔한 문제 중 하나는 커넥션 누수(connection leak)입니다. 애플리케이션이 데이터베이스 커넥션을 사용한 후 적절히 반환하지 않으면, 풀의 가용 커넥션이 점차 고갈되어 결국 애플리케이션이 새로운 커넥션을 얻지 못하는 상황에 이르게 됩니다.
커넥션 프록시의 필요성
데이터베이스 커넥션 풀에서 프록시를 사용하는 주요 이유는 다음과 같습니다:
커넥션 행동 제어
프록시를 통해 커넥션의 동작을 가로채고 확장할 수 있습니다. 예를 들어, 커넥션 반환 시 실제로는 물리적 연결을 닫지 않고 풀로 반환하는 동작을 구현할 수 있습니다.
커넥션 상태 추적
프록시는 커넥션이 언제, 어디서 획득되었고, 얼마나 오래 사용되었는지 등의 정보를 추적할 수 있습니다.
안전장치 추가
프록시를 통해 이미 반환된 커넥션에 대한 접근을 방지하거나, 트랜잭션이 완료되지 않은 채로 반환되는 것을 감지하는 등의 안전장치를 구현할 수 있습니다.
HikariCP의 프록시 아키텍처
HikariCP는 Java의 동적 프록시(Dynamic Proxy) 또는 바이트코드 생성(Javassist)을 사용하여 커넥션 프록시를 생성합니다. 기본 구조는 다음과 같습니다:
public class ProxyFactory {
/**
* 주어진 인터페이스에 대한 프록시 객체를 생성합니다.
*/
@SuppressWarnings("unchecked")
public static <T> T createProxy(final T target, final InvocationHandler handler, final Class<?>... interfaces) {
// 기본 인터페이스 목록에 제공된 인터페이스들을 추가
final int length = interfaces.length;
final Class<?>[] newInterfaces = new Class<?>[length + 1];
System.arraycopy(interfaces, 0, newInterfaces, 0, length);
newInterfaces[length] = ProxyObject.class;
// 자바 표준 동적 프록시 생성
return (T) Proxy.newProxyInstance(target.getClass().getClassLoader(), newInterfaces, handler);
}
// Javassist를 사용하는 구현도 있음
}
public interface ConnectionProxy extends Connection {
/**
* 이 프록시가 감싸고 있는 실제 커넥션을 반환합니다.
*
* @return 실제 JDBC 커넥션
*/
Connection getDelegate();
/**
* 풀에 의해 close()가 호출되었을 때 수행되는 논리를 담습니다.
*/
void close() throws SQLException;
/**
* 이 커넥션이 닫혔는지 확인합니다.
*/
boolean isClosed() throws SQLException;
/**
* 이 커넥션이 취득된 스택 트레이스를 반환합니다.
*/
StackTraceElement[] getStackTrace();
}
ConnectionHandler 구현
실제 커넥션 프록시 동작은 InvocationHandler 구현체에서 정의됩니다:
public class ConnectionHandler implements InvocationHandler {
private final Connection delegate;
private final PoolEntry poolEntry;
private final ProxyLeakTask leakTask;
private final long creationTimeMillis;
private final StackTraceElement[] stackTrace;
private final HikariPool hikariPool;
private volatile boolean closed;
@Override
public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
final String methodName = method.getName();
// close() 메서드 처리
if ("close".equals(methodName)) {
closeConnection();
return null;
}
// isClosed() 메서드 처리
if ("isClosed".equals(methodName)) {
return closed;
}
// 이미 닫힌 커넥션에 대한 호출 처리
if (closed) {
throw new SQLException("Connection is closed");
}
// getDelegate() 메서드 처리
if ("getDelegate".equals(methodName)) {
return delegate;
}
// getStackTrace() 메서드 처리
if ("getStackTrace".equals(methodName)) {
return stackTrace;
}
// 그 외 모든 메서드는 실제 커넥션에 위임
try {
return method.invoke(delegate, args);
}
catch (InvocationTargetException e) {
throw e.getTargetException();
}
}
/**
* 커넥션을 닫고 풀로 반환합니다.
*/
private void closeConnection() {
if (!closed) {
closed = true;
// 누수 감지 작업이 있으면 취소
if (leakTask != null) {
leakTask.cancel();
}
// 사용 시간 기록
final long elapsedTimeMs = System.currentTimeMillis() - creationTimeMillis;
hikariPool.recordConnectionUsage(poolEntry, elapsedTimeMs);
// 풀로 커넥션 반환
hikariPool.recycle(poolEntry);
}
}
}
누수 감지 메커니즘
HikariCP의 누수 감지 메커니즘은 다음과 같은 핵심 구성 요소로 이루어져 있습니다:
누수 감지 구성
HikariConfig에서는 누수 감지 관련 설정을 제공합니다:
public class HikariConfig {
// 커넥션 누수로 간주되기까지의 대여 시간 한계 (기본값 0 - 비활성화)
private long leakDetectionThreshold;
// 누수 감지 통계 수집 활성화 여부
private boolean leakDetectionEnabled;
// Getter와 Setter 메서드
public long getLeakDetectionThreshold() { return leakDetectionThreshold; }
public void setLeakDetectionThreshold(long leakDetectionThreshold) {
this.leakDetectionThreshold = leakDetectionThreshold;
}
}
ProxyLeakTask 구현
누수 감지의 핵심은 ProxyLeakTask 클래스입니다. 이 클래스는 TimerTask를 상속받아 예약된 시간 이후에 실행되며, 그 시점까지 커넥션이 반환되지 않았다면 경고 로그를 출력합니다:
public class ProxyLeakTask extends TimerTask {
private static final Logger LOGGER = LoggerFactory.getLogger(ProxyLeakTask.class);
private final StackTraceElement[] stackTrace;
private final long leakDetectionThreshold;
private final String connectionName;
private final AtomicInteger openConnections;
@Override
public void run() {
LOGGER.warn("Connection leak detection triggered. Connection was obtained from the pool more than {} ms ago, and has not been returned. Stack trace of where the connection was obtained:", leakDetectionThreshold);
for (StackTraceElement stackTraceElement : stackTrace) {
LOGGER.warn(" at {}", stackTraceElement);
}
openConnections.incrementAndGet();
}
}
누수 감지 설정
커넥션 프록시 생성 시 누수 감지 작업을 설정합니다:
private Connection createProxyConnection(PoolEntry poolEntry, Connection connection) {
// 누수 감지가 활성화되어 있다면 프록시에 누수 감지 작업 추가
ProxyLeakTask leakTask = null;
if (config.getLeakDetectionThreshold() > 0) {
leakTask = new ProxyLeakTask(poolEntry, config.getLeakDetectionThreshold());
scheduleTask(leakTask, config.getLeakDetectionThreshold());
}
// 현재 스택 트레이스 캡처 (디버깅용)
StackTraceElement[] stackTrace = Thread.currentThread().getStackTrace();
// 프록시 생성
return ProxyFactory.createProxy(connection, new ConnectionHandler(poolEntry, connection, leakTask, System.currentTimeMillis(), stackTrace, this));
}
누수 감지 실전 예시
HikariCP의 누수 감지 기능이 실제로 어떻게 동작하는지 살펴보겠습니다:
누수 감지 활성화
애플리케이션 설정에서 누수 감지를 활성화합니다:
HikariConfig config = new HikariConfig();
// ... 다른 설정들 ...
// 30초 이상 대여된 커넥션은 누수로 간주
config.setLeakDetectionThreshold(30000);
HikariDataSource ds = new HikariDataSource(config);
누수 시나리오
다음은 커넥션 누수가 발생하는 일반적인 시나리오입니다:
Connection conn = dataSource.getConnection();
try {
// 데이터베이스 작업 수행
Statement stmt = conn.createStatement();
ResultSet rs = stmt.executeQuery("SELECT * FROM users");
// 비즈니스 로직 처리
processResults(rs);
// conn.close()를 호출하지 않음 - 누수 발생!
}
catch (SQLException e) {
// 예외 처리
}
누수 감지 로그
30초 후, HikariCP는 다음과 같은 경고 로그를 출력합니다:
2023-05-15 14:23:45 WARN ProxyLeakTask - Connection leak detection triggered. Connection was obtained from the pool more than 30000 ms ago, and has not been returned. Stack trace of where the connection was obtained:
at com.example.service.UserService.getAllUsers(UserService.java:42)
at com.example.controller.UserController.listUsers(UserController.java:28)
at com.example.controller.UserController$$FastClassBySpringCGLIB$$e2dffb5.invoke(<generated>)
at org.springframework.cglib.proxy.MethodProxy.invoke(MethodProxy.java:218)
at org.springframework.aop.framework.CglibAopProxy$CglibMethodInvocation.invokeJoinpoint(CglibAopProxy.java:793)
이 로그를 통해 어떤 코드가 커넥션을 얻어간 후 반환하지 않았는지 정확히 파악할 수 있습니다.
누수 방지를 위한 추가 안전장치
HikariCP는 커넥션 누수 감지뿐만 아니라 누수를 방지하기 위한 몇 가지 추가 안전장치를 제공합니다:
maxLifetime 설정
모든 커넥션에 최대 수명을 설정하여, 오래된 커넥션을 자동으로 교체합니다:
config.setMaxLifetime(1800000); // 30분
이 설정은 누수된 커넥션도 결국 최대 수명에 도달하면 강제로 폐기되도록 합니다.
connectionTimeout 설정
커넥션 획득에 대한 타임아웃을 설정하여, 풀이 고갈된 상황에서 무한정 대기하는 것을 방지합니다:
config.setConnectionTimeout(30000); // 30초
자원 해제 확인
HikariCP는 커넥션이 풀로 반환될 때 다양한 검사를 수행하여 자원이 적절히 해제되었는지 확인합니다:
@Override
public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
long startTime = System.nanoTime();
try {
return method.invoke(delegate, args);
}
finally {
long elapsedTime = System.nanoTime() - startTime;
if (method.getName().startsWith("execute")) {
metricsTracker.recordExecutionTime(elapsedTime);
}
}
}
읽기 전용 모드 최적화
일부 데이터베이스는 읽기 전용 트랜잭션에 대해 최적화를 제공합니다. 프록시는 이러한 설정을 추적하고 관리할 수 있습니다:
@Override
public void setReadOnly(boolean readOnly) throws SQLException {
// 현재 상태와 다를 때만 설정 변경
if (delegate.isReadOnly() != readOnly) {
delegate.setReadOnly(readOnly);
}
}
커넥션 프록시의 성능 영향
프록시는 추가적인 추상화 계층을 도입하므로 성능에 영향을 미칠 수 있습니다. HikariCP는 이러한 오버헤드를 최소화하기 위해 다음과 같은 전략을 사용합니다:
경량 프록시 설계
기본적인 기능만 프록시에 구현하고, 불필요한 기능은 제외합니다:
// 메서드 호출 위임의 단순화된 예
@Override
public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
// 몇 가지 특수 메서드만 직접 처리
if ("close".equals(method.getName())) {
closeConnection();
return null;
}
// 나머지는 모두 위임
return method.invoke(delegate, args);
}
동적 바이트코드 생성
필요한 경우 Javassist와 같은 라이브러리를 사용하여 리플렉션보다 더 효율적인 프록시를 생성할 수 있습니다:
// Javassist를 사용한 프록시 생성 예
public static <T> T createJavassistProxy(Class<T> interfaceClass, T delegate, InvocationHandler handler) {
ProxyFactory factory = new ProxyFactory();
factory.setSuperclass(interfaceClass);
factory.setFilter(method -> !method.getName().equals("finalize"));
Class<?> proxyClass = factory.createClass();
try {
T proxy = (T) proxyClass.getDeclaredConstructor().newInstance();
((ProxyObject) proxy).setHandler(handler);
return proxy;
}
catch (Exception e) {
throw new RuntimeException(e);
}
}
선택적 기능 활성화
누수 감지와 같은 고급 프록시 기능은 필요할 때만 활성화됩니다:
// 누수 감지가 활성화된 경우에만 관련 코드 실행
if (config.getLeakDetectionThreshold() > 0) {
leakTask = new ProxyLeakTask(poolEntry, config.getLeakDetectionThreshold());
scheduleTask(leakTask, config.getLeakDetectionThreshold());
}
안정성과 디버깅
HikariCP의 커넥션 프록시와 누수 감지 메커니즘은 성능 최적화뿐만 아니라 안정성과 디버깅 용이성을 향상시키는 중요한 기능입니다. 이 시스템은 다음과 같은 이점을 제공합니다:
개발자 친화적 디버깅
누수가 발생한 정확한 위치를 알려주는 스택 트레이스는 개발자가 문제를 빠르게 진단하고 해결하는 데 큰 도움이 됩니다. 오류 메시지만으로는 알기 어려운 컨텍스트 정보를 제공ㅐㅔ함으로써 디버깅 시간을 크게 단축시킵니다.
시스템 안정성 향상
커넥션 누수와 같은 흔한 문제를 조기에 감지하고 대응함으로써 전체 시스템의 안정성을 향상시킵니다. 이는 특히 장기 실행 애플리케이션에서 중요합니다.
투명한 확장
프록시 패턴을 사용함으로써 기존 JDBC API를 변경하지 않고도 추가 기능을 제공할 수 있습니다. 이는 애플리케이션 코드의 변경 없이도 고급 기능을 도입할 수 있게 합니다.
성능과 안정성의 균형
HikariCP는 성능에 대한 집착으로 잘 알려져 있지만, 커넥션 프록시와 누수 감지 메커니즘은 적절한 오버헤드로 안정성을 크게 향상시킬 수 있다는 것을 보여줍니다. 이는 실제 프로덕션 환경에서 성능과 안정성 사이의 균형이 얼마나 중요한지를 잘 보여주는 예입니다.
HikariCP의 프록시 시스템은 "신뢰할 수 있는 고성능 라이브러리"라는 목표를 달성하기 위한 중요한 구성 요소입니다. 단순히 빠른 것뿐만 아니라 문제 상황에서도 개발자에게 유용한 정보를 제공하고 시스템을 안정적으로 유지하는 데 기여합니다.
