MySQL ‐ MySQL Internal Architecture and Storage Engines

Internal Architecture and Storage Engines

각 계층별 역할

• MySQL은 크게 연결 계층 → SQL 계층 → 스토리지 엔진 계층의 3단으로 나뉜다.

1. 클라이언트 (Application · JDBC)

• 애플리케이션이 커넥션을 열고 SQL 문을 서버로 전송힌다.
• 커넥션 하나가 서버의 쓰레드(세션) 하나와 연결된다.

2. 연결 계층 (Connection Layer)

• 인증/권한 : "이 사용자가 맞는지, 이 작업을 할 권한이 있는지" 확인한다.
• 커넥션 풀 : 커넥션을 매번 새로 만들면 비싸므로 재사용한다.
• 스레드(세션) 관리 : 각 커넥션을 독립된 세션으로 관리한다.

3. SQL 계층 (MySQL 서버)

• SQL을 실제로 이해하고, 계획을 세우고, 실행하는 부분이다.

구성 요소	역할
파서 (Parser)	SQL 문법·구문 분석 (문법 오류를 여기서 잡음)
옵티마이저 (Optimizer)	어떤 인덱스로, 어떤 순서로 읽을지 실행 계획 수립
실행기 (Executor)	계획대로 스토리지 엔진을 호출하고 결과를 취합

4. 스토리지 엔진 계층(InnoDB)

• 실제 데이터를 읽고 쓰는 곳이다.
• MySQL은 엔진을 갈아끼울 수 있고(MyISAM 등), MySQL 8의 기본은 InnoDB이다.
• SQL 계층은 "무엇을 할지"만 정하고, "어떻게 저장/조회할지"는 엔진에 맡긴다.

5. 디스크(파일 시스템)

• .ibd 테이블스페이스(데이터·인덱스), redo/undo 로그, binlog(복제·복구용) 등이 저장된다.
• 서버가 죽어도 남는 영구 저장소이다.

InnoDB 핵심 3가지 정리

1. Buffer Pool — 읽기가 빠른 이유

• 자주 쓰는 데이터·인덱스를 메모리에 캐시하는 공간이다.
• 대부분의 읽기가 디스크까지 안 가고 메모리에서 처리되어 빠르다.
• InnoDB 성능 튜닝 1순위가 버퍼 풀 크기(innodb_buffer_pool_size)이다. 메모리에 데이터가 많이 올라가 있을수록 디스크 I/O가 줄어든다.

2. Redo Log — 안 죽는 이유(내구성)

• 변경 사항을 데이터 파일에 바로 쓰지 않고, 먼저 순차적으로 로그에 기록한다.
• 커밋 시점에 redo 로그만 안전하게 기록되면, 서버가 갑자기 죽어도 재시작 때 복구할 수 있다. (Durability / 내구성)
• 랜덤 쓰기(데이터 파일) 대신 순차 쓰기(로그)를 먼저 하므로 쓰기 성능도 좋아진다.

3. Undo Log — 되돌리고, 동시에 읽는 이유

• 변경 전(old) 값을 따로 보관한다.
• 롤백(Rollback) : 트랜잭션을 취소하면 undo로 원래 값을 복원한다.
• MVCC : 다른 트랜잭션이 커밋 전 값을 보지 않도록 이전 버전을 제공 → 트랜잭션 격리 수준의 기반을 제공한다.

MySQL Core Memory, Transaction Logs, and Buffers

참여자	역할
트랜잭션1 (쓰기)	id=1을 UPDATE → 행에 락을 거는 쪽
트랜잭션2 (읽기)	같은 데이터를 SELECT → MVCC로 읽는 쪽
트랜잭션3 (쓰기)	같은 행/범위를 UPDATE·INSERT → 대기하는 쪽
MySQL InnoDB	락 관리자
MVCC 시스템	스냅샷(수정 전 버전) 제공자

1. 행 락과 MVCC — 읽기는 안 막고, 쓰기끼리만 막는다.

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1. T1 : UPDATE ... id=1 → InnoDB가 id=1 행에 배타적 락(X Lock)을 설정(커밋 전)
2. T2 : 같은 id=1을 SELECT → 락을 기다리지 않고 MVCC 스냅샷(수정 전 버전)을 즉시 반환한다.
3. T3 : 같은 id=1을 UPDATE → 쓰기라서 대기 (T1이 X락 보유 중)
4. T1 : COMMIT → 락 해제 → T3이 락 획득 후 UPDATE 실행 → 커밋

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• 일반 SELECT는 락을 안 건다 — 잠긴 행이어도 MVCC로 논블로킹 읽기가 가능하다.
• 쓰기 vs 쓰기는 막는다 — 같은 행을 동시에 UPDATE하면 뒤엣놈은 앞엣놈의 커밋/롤백까지 대기한다.
• 스냅샷의 출처는 Undo Log — T2가 본 "수정 전 데이터"는 undo log에 남아있던 이전 버전이다.

2. 갭 락 — 존재하지 않는 값의 삽입까지 막는다.

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1. T2 : SELECT ... WHERE id BETWEEN 10 AND 20 FOR UPDATE → FOR UPDATE는 락을 거는 읽기. InnoDB가 id 10~20 범위(갭)에 갭 락 설정한다.
2. T3 : INSERT ... VALUES(15, ...) → 15는 아직 없는 값인데도 갭이 잠겨 INSERT 대기한다.
3. T2 : COMMIT → 갭 락 해제 → T3의 INSERT 실행 → 커밋한다.

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• 갭 락은 "행"이 아니라 "행과 행 사이 빈 공간(범위)" 을 잠근다. → 즉, 아직 없는 15번 삽입도 막힌다.
• 목적은 팬텀 리드(Phantom Read) 방지. T2가 10 ~ 20 범위로 작업 중인데 그 사이 15가 끼어들면, 다시 조회 시 없던 행이 나타난ㄷ.
• 갭 락이 이를 원천 차단한다.

개념	무엇을 잠그나	언제	효과
배타적 락 (X Lock)	해당 행	UPDATE/DELETE, FOR UPDATE	다른 트랜잭션의 쓰기 대기
MVCC 스냅샷 읽기	(잠그지 않음)	일반 SELECT	락 없이 수정 전 버전 읽기
갭 락 (Gap Lock)	행 사이 범위	범위 조건 락 읽기 (REPEATABLE READ)	범위 내 INSERT 차단 = 팬텀 방지

• 주의 1 : 일반 SELECT ≠ SELECT ... FOR UPDATE → 일반 SELECT는 MVCC. 즉, undo log를 통한 이전 버전이지만 FOR UPDATE / LOCK IN SHARE MODE은 락을 통한 읽기이다.
• 주의 2 : 갭 락은 격리 수준에 의존한다. → InnoDB 기본 REPEATABLE READ에서 갭 락이 동작한다. 그러나 READ COMMITTED로 낮추면 갭 락이 사라져 INSERT가 막히지 않지만 대신 PHANTOM READ가 발생한다.
• 주의 3 : 락 = 대기, 대기 = 데드락·성능 이슈의 씨앗이다. FOR UPDATE 범위를 넓게 잡거나 트랜잭션을 길게 열면 다른 트랜잭션이 줄줄이 대기하면서 처리량이 저하되는 결과로 이어진다. 즉, 트랜잭션은 짧게, 락 범위는 좁게 가져가야 한다.