[DB] ORM

개요

• ORM(Object-Relational Mapping)은 객체 지향 프로그래밍 언어의 객체와 관계형 데이터베이스의 데이터를 매핑해주는 기술
• 이를 통해 개발자는 데이터베이스 테이블 대신 자바 객체로 비즈니스 로직을 구현할 수 있으며, SQL 대신 객체 지향 코드로 데이터 작업을 수행할 수 있음

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장점

생산성 향상

• 반복적인 SQL 작성 없이 객체 조작으로 개발 가능

유지보수성 개선

• 데이터베이스와 비즈니스 로직이 분리되어 요구사항 변경 시 유연하게 대응

데이터베이스 독립성

• SQL 추상화 계층을 제공하여 특정 벤더에 종속되지 않는 코드를 작성할 수 있음

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단점

성능 이슈

• 복잡한 쿼리나 대용량 데이터 처리 시 직접 SQL을 사용한 최적화보다 한계가 있을 수 있음

러닝 커브

• ORM 프레임워크의 내부 동작(영속성 관리, 캐싱, 연관관계 매핑 등)에 대한 이해가 필요

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ORM의 기본 개념 및 활용

1. 객체와 테이블의 매핑

• ORM은 클래스와 테이블, 객체의 필드와 컬럼을 매핑
• 예를 들어, 자바의 User 클래스를 데이터베이스의 users 테이블에 대응시키면, 클래스의 각 필드가 테이블 컬럼과 매핑되어 자동으로 CRUD 작업이 수행

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2. 영속성(Persistence) 관리

• ORM 프레임워크는 객체의 상태를 관리하고 데이터베이스와 동기화하는 역할
• 객체를 영속성 컨텍스트에 저장하면 프레임워크가 자동으로 INSERT, UPDATE, DELETE 쿼리를 실행하여 데이터베이스에 반영

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3. 캐싱과 지연 로딩

캐싱

• ORM은 동일한 데이터를 여러 번 조회할 때 1차(세션 단위) 또는 2차(애플리케이션 단위) 캐시를 활용해 데이터베이스 접근을 줄임

지연 로딩(Lazy Loading)

• 필요할 때만 연관 데이터를 로드하는 방식으로 초기 로딩 속도를 높이고 불필요한 데이터를 미리 조회하지 않아 메모리 사용을 최적화

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자바 예시 코드 (JPA 활용)

1. User 엔티티 클래스

import javax.persistence.Entity;
import javax.persistence.Id;
import javax.persistence.GeneratedValue;
import javax.persistence.GenerationType;
import javax.persistence.Column;

@Entity
public class User {
    
    @Id
    @GeneratedValue(strategy = GenerationType.IDENTITY)
    private Long id;
    
    @Column(nullable = false)
    private String name;
    
    @Column(unique = true, nullable = false)
    private String email;

    // 기본 생성자
    public User() {}

    // 생성자
    public User(String name, String email) {
        this.name = name;
        this.email = email;
    }

    // getter & setter
    public Long getId() { return id; }
    public void setId(Long id) { this.id = id; }
    public String getName() { return name; }
    public void setName(String name) { this.name = name; }
    public String getEmail() { return email; }
    public void setEmail(String email) { this.email = email; }
}

2. 연관관계 매핑 예시: User와 Order 엔티티

import javax.persistence.*;
import java.util.List;

@Entity
public class Order {
    
    @Id
    @GeneratedValue(strategy = GenerationType.IDENTITY)
    private Long id;
    
    @Column(nullable = false)
    private String product;
    
    @Column(nullable = false)
    private int quantity;
    
    // 단방향 매핑: 하나의 주문은 한 명의 사용자에 속함
    @ManyToOne(fetch = FetchType.LAZY)
    @JoinColumn(name = "user_id")
    private User user;

    // 기본 생성자, getter, setter 등 생략
}

보충 설명

연관관계 매핑: 위 예시에서 @ManyToOne 어노테이션을 통해 Order 엔티티와 User 엔티티 간의 관계를 설정

• fetch 속성 -  FetchType.LAZY를 사용하여 연관 데이터인 User 객체는 실제로 필요할 때만 로딩하도록 설정

3. DAO (Repository) 클래스 예시

import javax.persistence.EntityManager;
import javax.persistence.PersistenceContext;
import javax.transaction.Transactional;
import java.util.List;

public class UserDAO {
    
    @PersistenceContext
    private EntityManager entityManager;
    
    // 사용자 저장
    @Transactional
    public void save(User user) {
        entityManager.persist(user);
    }
    
    // ID로 사용자 조회
    public User findById(Long id) {
        return entityManager.find(User.class, id);
    }
    
    // 전체 사용자 조회
    public List<User> findAll() {
        return entityManager.createQuery("SELECT u FROM User u", User.class)
                            .getResultList();
    }
    
    // 사용자 삭제
    @Transactional
    public void delete(User user) {
        entityManager.remove(user);
    }
}

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연관관계 매핑

개념

• 객체 간의 연관관계를 데이터베이스의 외래키 관계로 매핑하는 작업
• 예를 들어, 1:1, 1:N, N:M 등 다양한 관계를 설정할 수 있음

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주의사항

양방향 vs 단방향

• 양방향 매핑은 두 객체 모두 서로를 참조하므로 설계가 복잡해질 수 있음
• 단방향 매핑은 상대적으로 단순하지만, 필요한 경우 양방향 매핑을 통해 데이터 접근을 유연하게 할 수 있음

연관관계 주인

• 매핑 시 어떤 엔티티가 외래키를 관리할지(연관관계의 주인)를 명확히 설정해야 함
• 주인은 @JoinColumn을 사용하여 외래키를 소유하게 됨

지연 로딩과의 결합

• 연관관계 매핑에서 연관 객체를 불필요하게 미리 로딩하면 성능에 영향을 줄 수 있으므로, 지연 로딩 설정이 중요

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지연 로딩 (Lazy Loading)

개념

• 연관된 엔티티의 데이터를 실제로 사용할 때까지 로딩을 지연하는 전략
• 예를 들어, 사용자의 주문 목록을 조회할 때 사용자가 실제로 주문 정보를 요청할 때만 데이터베이스에 쿼리를 실행

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장점

• 초기 로딩 속도가 빠르며, 불필요한 데이터 로딩을 방지하여 메모리 사용을 최적화

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단점

• 연관 데이터를 사용하는 시점에 추가 쿼리가 발생할 수 있으므로, 이를 적절히 관리하지 않으면 성능 저하나 N+1 문제를 유발할 수 있음

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Eager Loading (즉시 로딩)

개념

• 연관된 데이터나 객체를 부모 엔티티와 함께 미리 로딩하는 전략
• 예를 들어, 부모 엔티티를 조회할 때 모든 연관된 자식 엔티티를 함께 조회하여 한 번에 데이터를 불러옴

장점

• 추가적인 데이터 접근 시 추가 쿼리 없이 이미 로딩된 데이터를 바로 사용할 수 있어, 연관 데이터 접근이 빈번할 때 유리

단점

• 초기 로딩 시 모든 데이터를 한 번에 불러오기 때문에 불필요한 데이터까지 로드되어 메모리 사용량이 증가할 수 있으며, 초기 응답 속도가 느려질 수 있음

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주요 차이점

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 N+1 문제

개념

• 지연 로딩 설정된 연관 데이터를 조회할 때, 부모 객체를 조회한 후 각 부모 객체마다 연관된 자식 데이터를 개별 쿼리로 호출하여 발생하는 문제
• 예를 들어, 10명의 사용자를 조회한 후 각각의 주문 목록을 지연 로딩으로 호출하면 총 1(부모 조회) + 10(각 사용자 주문 조회) = 11번의 쿼리가 실행

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해결 방법

패치 조인(Fetch Join)

• JPQL에서 JOIN FETCH를 사용해 연관 데이터를 함께 조회하면, 단일 쿼리로 데이터를 불러올 수 있음

배치 사이즈 설정

• @BatchSize 어노테이션이나 ORM 설정을 통해 연관 객체 조회 시 한 번에 여러 건의 데이터를 묶어 조회하도록 설정할 수 있음

엔티티 그래프(Entity Graph)

• 필요한 연관 데이터를 미리 정의하여 로딩 전략을 제어하는 방법도 있음

보충 설명
N+1 문제는 특히 대량의 데이터를 다룰 때 심각한 성능 저하를 유발할 수 있으므로, ORM 사용 시 쿼리 실행 횟수를 면밀히 모니터링하고 패치 전략을 적절하게 설정하는 것이 매우 중요

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면접 대비 질문

기본 질문

Q1. ORM이란 무엇이며, 주요 장점은 무엇인가요?

모범 답안
ORM은 객체 지향 언어의 객체와 관계형 데이터베이스의 데이터를 매핑하는 기술로, SQL 대신 객체를 다룸으로써 개발 생산성을 높이고 유지보수성을 개선하는 장점이 있습니다.

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Q2. JPA와 Hibernate의 관계에 대해 설명해 주세요.

모범 답안
JPA는 ORM 표준 인터페이스이며, Hibernate는 그 구현체 중 하나로, JPA의 기능 외에도 추가적인 최적화와 확장 기능을 제공합니다.

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심화 질문

Q1. 연관관계 매핑에서 양방향과 단방향 매핑의 차이점은 무엇이며, 각각의 장단점은 무엇인가요?

모범 답안
단방향 매핑은 한쪽 엔티티에서만 다른 엔티티를 참조하는 방식으로 설계가 간단하며, 필요 시 양방향 매핑을 통해 양쪽에서 데이터 접근이 가능해지지만, 설계와 유지보수가 복잡해질 수 있습니다.

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Q2. 지연 로딩(Lazy Loading)과 즉시 로딩(Eager Loading)의 차이점과 각각의 장단점을 설명해 주세요.

모범 답안:
지연 로딩은 실제 필요한 시점에 연관 데이터를 조회하여 초기 로딩 속도와 메모리 사용을 최적화하지만, 추가 쿼리로 인한 N+1 문제가 발생할 수 있습니다. 반면, 즉시 로딩은 객체 생성 시 모든 연관 데이터를 함께 로드하여 쿼리 수는 줄이나 초기 로딩 시간이 길어질 수 있습니다.

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압박 질문

Q1. N+1 문제란 무엇이며, 이를 해결하기 위한 방법을 구체적으로 설명해 주세요.

모범 답안:
N+1 문제는 부모 엔티티를 조회한 후, 각 부모 엔티티의 연관 데이터를 지연 로딩으로 조회할 때 발생하는 문제로, 패치 조인, 배치 사이즈 설정, 엔티티 그래프 등을 사용하여 한 번의 쿼리 또는 묶음 조회로 해결할 수 있습니다.

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Q2. 복잡한 도메인 모델을 ORM으로 매핑할 때 발생할 수 있는 성능 및 데이터 정합성 문제와 이를 해결하기 위한 전략은 무엇인가요?

모범 답안:
복잡한 도메인 모델에서는 다중 연관관계와 상속 구조로 인해 매핑이 복잡해지고 성능 저하나 데이터 정합성 문제가 발생할 수 있습니다. 이를 해결하기 위해 도메인 모델을 단순화하고, 연관관계 매핑 시 지연 로딩 및 캐시 전략을 적절히 설정하며, 필요에 따라 네이티브 SQL이나 JPQL을 활용해 쿼리를 최적화해야 합니다.