<div id="readability-page-1" class="page"><div>
    <div>
        
        
        <h2>
            라라벨에서 레이스 컨디션을 방지하는 방법
        </h2>
        
        <h3>
            2023-07-26
        </h3>
        
    </div>
    

    
    


    
    
    

    <h2 id="race-condition-이란">Race Condition 이란?</h2>

<p>레이스 컨디션(<code>Race Condition</code>)이란 컴퓨터는 워낙 빠르기고 분산되어 처리되기에 동시에 하나의 데이터를 수정하려고 할 때 발생하는 문제입니다.</p>

<h3 id="php는-싱글-스레드-아닌가요">PHP는 싱글 스레드 아닌가요?</h3>

<p>PHP는 싱글 스레드로 동작하지만, php-fpm 으로 여러 php 프로세스를 띄워놓고, nginx 를 통해 데이터를 전송하는 과정으로 서비스가 제공됩니다.</p>

<p><img src="https://silnex.github.io/blog/29-mysql-data-directory-custom/img/fpm.png" alt="Request to FPM"></p>

<p>이미지 처럼 요청이 nginx 에서 fpm 내부의 <code>process manager</code>를 통해 <code>php worker</code> 처리되기에 동시에 여러 처리가 가능합니다.</p>

<p>하지만 이때 같은 처리를 하는 Request 가 동시에 2번 오게 된다면, 그때 <code>Race Condition</code>이 발생합니다.</p>

<h2 id="테스트">테스트</h2>

<h3 id="환경">환경</h3>

<p><code>레이스 컨디션</code>은 동시에 IO를 사용하면서 발생하기에, <code>php artisan serve</code> 는 싱글 스레드 상에서 돌아가기에 <code>레이스 컨디션</code>이 발생하지 않습니다!</p>

<p>그래서 번거롭더라도 <code>nginx + fpm</code> 과 같은 실제 서비스 환경과 유사한 환경을 갖춰야합니다.</p>

<h4 id="그래서-테스트-환경을-docker-로-구성해-놓았습니다">그래서 테스트 환경을 docker 로 구성해 놓았습니다!</h4>

<p>Github: <a href="https://github.com/silnex/simple-laravel-race-condition-test">simple-laravel-race-condition-test</a></p>

<hr>

<h3 id="코드">코드</h3>

<p>이번 테스트에 사용할 환경은 다음과 같습니다.</p>

<h4 id="user-모델">User 모델</h4>
<div><pre><code><span>class</span> <span>User</span> <span>extends</span> <span>Model</span>
<span>{</span>
    <span>protected</span> <span>$fillable</span> <span>=</span> <span>[</span><span>'id'</span><span>,</span> <span>'name'</span><span>,</span> <span>'balance'</span><span>];</span>
<span>}</span>
</code></pre></div>

<h2 id="race-start">Race Start!</h2>

<p>특정 페이지에 접속하면 User의 money 가 1 씩 올라가는 페이지가 있다고 해봅시다.</p>

<p>그럴때 대게 아래와 같이 구현하게됩니다.</p>

<h2 id="1번째-방법">1번째 방법</h2>

<div><pre><code><span>$user</span><span>-&gt;</span><span>money</span> <span>+=</span> <span>1</span><span>;</span>
<span>$user</span><span>-&gt;</span><span>save</span><span>();</span>
</code></pre></div>

<p>하지만 문제는 <code>$user-&gt;save()</code>가 완료되기 전에, 다음 요청이 들어오게 된다면 <code>$user-&gt;money</code> 값은 +1 하기 전의 값이기에 +1 이 한번만 적용 되게 됩니다.<br>
<del>문의: 계좌에 돈이 사라졌어요</del></p>

<p>이를 방지하기 위해선 <code>Pessimistic Lock</code> 을 사용해야합니다.</p>

<h2 id="2번째-방법-pessimistic-lock">2번째 방법: Pessimistic Lock</h2>

<div><pre><code><span>$user</span><span>-&gt;</span><span>lockForUpdate</span><span>()</span><span>-&gt;</span><span>first</span><span>();</span>
<span>$user</span><span>-&gt;</span><span>money</span> <span>+=</span> <span>1</span><span>;</span>
<span>$user</span><span>-&gt;</span><span>save</span><span>();</span>
</code></pre></div>

<p><code>lockForUpdate()</code> 를 사용하면, 해당 쿼리가 완료될 때까지 다른 쿼리가 해당 데이터를 수정할 수 없게 됩니다.</p>

<p>하지만 이 방법은 성능에 치명적인 영향을 끼칩니다.</p>

<h2 id="3번째-방법-atomic-update">3번째 방법: Atomic Update</h2>

<div><pre><code><span>$user</span><span>-&gt;</span><span>update</span><span>([</span><span>'money'</span> <span>=&gt;</span> <span>DB</span><span>::</span><span>raw</span><span>(</span><span>'money + 1'</span><span>)]);</span>
</code></pre></div>

<p>원자(Atomic) 업데이트를 하게 되면, 아래와 같이 실제 쿼리가 동작하게 됩니다.</p>
<pre><code>UPDATE `users` SET `money` = `money` + 1 WHERE `id` = 1
</code></pre>

<p>이렇게 처리되면, 해당 쿼리가 끝나기 전까지 <code>money</code>를 다른 쿼리에서 수정할 수 없고, 하나의 쿼리로 동작하기에 <code>Pessimistic Lock</code> 보다 성능이 좋습니다.</p>

<h2 id="테스트-결과">테스트 결과</h2>

<p><a href="https://github.com/silnex/simple-laravel-race-condition-test">simple-laravel-race-condition-test</a> 프로젝트로 테스트한 결과를 보면 그 차이가 좀 더두들어 집니다.</p>

<h3 id="방법-1-레이스-컨디션-발생">방법 1: 레이스 컨디션 발생</h3>
<div><pre><code><span>$user</span><span>-&gt;</span><span>update</span><span>([</span><span>'money'</span> <span>=&gt;</span> <span>$user</span><span>-&gt;</span><span>money</span> <span>+</span> <span>1</span><span>]);</span>
<span>/* Result
| 328 requests in 10.02s, 401.20KB read
| Requests/sec:     32.73
| user money: 252 
| Have Race Condition issue!
*/</span>
</code></pre></div>
<p><code>328</code> 개의 요청이 전달됬지만, 데이터는 <code>252</code> 만 들어가 76개의 요청이 사라졌습니다.</p>

<h3 id="방법-2-db-lock-사용">방법 2: DB Lock 사용</h3>

<div><pre><code><span>$user</span> <span>=</span> <span>$user</span><span>-&gt;</span><span>lockForUpdate</span><span>()</span><span>-&gt;</span><span>find</span><span>(</span><span>1</span><span>);</span>
<span>$user</span><span>-&gt;</span><span>update</span><span>([</span><span>'money'</span> <span>=&gt;</span> <span>$user</span><span>-&gt;</span><span>money</span> <span>+</span> <span>1</span><span>]);</span>
<span>/* Result
| 305 requests in 10.02s, 373.10KB read
| Requests/sec:     30.45
| User money: 315 (requests+10 because wrk run 10s+0.02s)
| Prevent Race Condition but slow down
*/</span>
</code></pre></div>

<p>2번째 방법에선 lock 을 이용해 데이터 유실은 없었지만, Lock 이 없는 상태의 초당 요청이 <code>32.73</code>개 에서 <code>30.45</code> 으로 약 7%의 성능 하락이 있습니다.</p>

<h3 id="방법-3-atomic-update-사용">방법 3: Atomic Update 사용</h3>

<div><pre><code><span>$user</span><span>-&gt;</span><span>update</span><span>([</span><span>'money'</span> <span>=&gt;</span> <span>DB</span><span>::</span><span>raw</span><span>(</span><span>'money + 1'</span><span>)]);</span> <span>// same this `$user-&gt;increment('money', 1);`</span>
<span>/* Result
| 333 requests in 10.02s, 407.36KB read
| Requests/sec:     33.22
| User money: 343 (requests+10 because wrk run 10s+0.02s)
| Prevent Race Condition and Fast!
*/</span>
</code></pre></div>

<p>마지막으로 이번 글의 주제인 <code>Atomic Update</code> 를 사용하면, 기존과 성능은 동일하면서, 레이스컨디션은 막을 수 있습니다!</p>

<h2 id="결론">결론</h2>

<p>기존에는 Redis/Memcached 를 사용했습니다만, 그럴수 없는 상황에서 여러가지 테스트 중에 나름 큰 성능 차이가 난다고 생각해 정리해 보았습니다.<br>
또 어느정도 명확히 가능한 상황이 제한적이지만, 그 상황이 맞다면 조금의 수정만으로 성능상의 이점을 누릴 수 있었습니다.</p>

<p>다만 레이스 컨디션 자체가 실제 환경과 유사한 환경을 구축 해야 되다보니, valet 을 사용했었는데, 글 작성중에 직접 테스트 할 수 있는 방법을 고민하다 docker 로 했습니다.</p>

<p>다만 valet 보다 성능이 더 떨어지다보니, 실제 서비스에선 성능상의 차이가 더 클 수 도 있습니다</p>

<h2 id="마치며">마치며</h2>

<p>바쁜 일정에 졸린 정신으로 글을 쓰니 안그래도 중구난방인 글이 더 중구 난방이 되는것같네요ㅎㅎ..</p>

    
    
    
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 SilNex  

silnex

라라벨에서 레이스 컨디션 발생과 막는 방법과 몇가지 성능에 대한 팁을 정리합니다.

Prevent Race Condition in Laravel

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