JPA: OSIV

트러블슈팅: JPA - OSIV

개요

Leetcode 프로젝트의 submitProblem(유저코드 제출) API에 부하테스트를 진행하고 있었습니다. 비즈니스 로직 내부에 sleep() 이 있기때문에, 스레드 고갈 상황을 기대했었지만, 커넥션풀 고갈이라는 예상과는 다른 결과를 얻었습니다.

우선 아래 코드는 문제 제출했을때의 실행되는 코드입니다.

// Problem Service
public SubmissionResponse submitProblem(Long problemId, SubmissionRequest request) {
    Problem problem = problemRepository.findById(problemId)
            .orElseThrow(() -> new IllegalArgumentException("문제가 존재하지 않습니다."));
            
    //중간 코드 생략...
    
    sleep((int)runtime*1000); // 유저 제출 코드 실행시 걸리는 시간

    //중간 코드 생략... 

    //아래 메서드는 @Transactional
    submissionService.saveSubmissionAndLeaderboard(submission, request, user);

    return SubmissionResponse.of(testResults);
}

//Submission Service
@Transactional
public void saveSubmissionAndLeaderboard(Submission submission, SubmissionRequest request, User user) {
    submissionRepository.save(submission);
    
    // 중간 코드 생략...
    
}

• 서비스내에서 호출되는 sleep()은 해당 스레드를 2초간 블로킹합니다.

  • 스레드는 아무 일도 하지 않으면서 풀 안에서 점유 상태로 대기합니다.

• Tomcat은 기본적으로 최대 200개의 요청을 동시에 처리 가능합니다.

  • 과정: 요청 들어옴 -> 요청 큐 -> [워커 스레드] 처리 -> 처리 끝 -> 스레드 반환

---

부하 테스트: 커넥션풀 고갈

아래는 부하테스트를 위한 k6 스크립트입니다.

K6 스크립트

import http from 'k6/http';
import { check, sleep, group } from 'k6';
import { Trend, Counter } from 'k6/metrics';

// 1) 사용자 정의 메트릭 선언
let rdbTrend      = new Trend('rdb_duration_ms');
let listTrend     = new Trend('list_duration_ms');
let detailTrend   = new Trend('detail_duration_ms');
let submitTrend   = new Trend('submit_duration_ms');

let errorCount    = new Counter('errors_total');

// ─── stages 설정 ───
export let options = {
  stages: [
    { duration: '2s', target: 1000 },  // 0 → 1000 VUs over 2s
    { duration: '10s', target: 1000 },  // 1000 VUs over next 10s
  ],
};

const BASE_URL = 'http://172.31.6.93:8080';

function getRandomInt(min, max) {
  return Math.floor(Math.random() * (max - min + 1)) + min;
}

// 공통 로깅 & 메트릭 헬퍼
function logAndMetric(res, trend, label) {
  const ok = check(res, { [`${label} is 200`]: r => r.status === 200 });
  if (!ok) {
    console.error(
      `❌  [${label}] status ${res.status}\n` +
      `URL: ${res.url}\n` +
      `Body:\n${res.body}\n`
    );
    errorCount.add(1);
  }
  trend.add(res.timings.duration);
}

export default function () {
  group('Submit Problem', () => {
    let pid     = getRandomInt(1, 50);
    let userId  = getRandomInt(1, 500);
    let payload = JSON.stringify({
      userId: userId,
      code: 'System.out.println("Hi");',
      language: 'java'
    });
    let params  = { headers: { 'Content-Type': 'application/json' } };
    let res     = http.post(`${BASE_URL}/problems/${pid}/submission`, payload, params);
    logAndMetric(res, submitTrend, `Submit problem ${pid}`);
  });
  sleep(1);
}

• 요약: 약 12초동안 1000명의 가상 유저를 생성하고, /submission 요청을 보내는 부하 상황을 시뮬레이션 했습니다.

# 톰캣 주요 설정
server:
  tomcat:
    threads:
      min-spare: 10         # 기본 유휴 스레드 수
      max: 200              # 생성 가능한 최대 스레드 수
    max-connections: 8192   # 커넥션 수락 가능한 최대 연결 수
    accept-count: 100       # 수락 전 OS 큐에서 대기 가능한 연결 수

예상 시나리오: 부하테스트 중, 만약 1000명의 가상유저가 10초동안 요청을 지속적으로 보내면?

• 0 ~ 200번째 요청

  • 처리 방식: Tomcat이 min-spare의 유휴 스레드(기본 10개)로 먼저 처리 → 이후 max=200까지 스레드 확장하여 처리.

  • 동작: 요청이 들어오면 새 스레드를 생성하거나 기존 유휴 스레드로 처리.

  • 특징: 스레드 수는 200까지 늘어나며, 각 스레드는 sleep(2초)로 인해 점유되어 블로킹 상태 유지.

• 201 ~ 8392번째 요청

  • 처리 방식: Tomcat은 더 이상 스레드를 생성할 수 없음.

  • 동작: 커넥션 수가 max-connections=8192까지 허용되므로, 커넥션은 수락되지만 스레드가 없어 대기 상태.

  • 대기 위치: Tomcat 내부 큐에 들어가지 않음, 대신 커넥션은 OS 단에서 열려 있으나 처리되지 않은 상태로 대기.

• 8393 ~ 8492번째 요청

  • 처리 방식: Tomcat의 accept-count=100 설정으로 OS의 accept queue에 최대 100개까지 요청 대기.

  • 동작: 기존 커넥션이 해제되기 전까진 기다림.

  • 특징: 이 단계부터는 요청 자체가 톰캣으로 전달되지 않고, OS 큐에 머무름.

• 8493번째 요청 이후

  • 처리 방식: 요청 거부

  • 결과:

    • 클라이언트 입장: 503 Service Unavailable, 또는 연결 자체 실패 (ECONNREFUSED)

    • 서버 입장: 스레드 고갈, thread starvation 상태 → 모든 요청이 처리 불가능한 지경

이러한 이유로, ThreadPool 고갈을 예상했었습니다. 하지만 실제 결과는 아래와 같았습니다.

         /\      Grafana   /‾‾/  
    /\  /  \     |\  __   /  /   
   /  \/    \    | |/ /  /   ‾‾\ 
  /          \   |   (  |  (‾)  |
 / __________ \  |_|\_\  \_____/ 

     execution: local
        script: load-test.js
        output: -

ERRO[0033] ❌  [Submit problem 6] status 500
URL: http://172.31.6.93:8080/problems/6/submission
Body:
{"success":false,"message":"An unexpected error occurred: Could not open JPA EntityManager for transaction","data":null}  source=console

..생략..

ERRO[0033] ❌  [Submit problem 37] status 500
URL: http://172.31.6.93:8080/problems/37/submission
Body:
{"success":false,"message":"An unexpected error occurred: Could not open JPA EntityManager for transaction","data":null}  source=console

• 요약: Could not open JPA EntityManager for transaction 예외 발생

예외가 발생한 이유는 DB 커넥션 풀이 고갈되어 JPA의 트랜잭션을 시작하는 데 실패했기 때문입니다.

DB 커넥션풀이 고갈되었다는 뜻은, -> DB 작업이 오래걸려서 커넥션을 반환을 못함으로 인해, -> 다른 요청에서 커넥션을 할당 받지 못해서 발생하는 문제입니다.

하지만, Transactional 어노테이션이 존재하는 메서드는 오래 걸리지 않습니다. 그러면 어떠한 이유로 오래 걸리는 걸까? 라고 생각을 했을때, 가장 의심되는 것은 sleep() 메서드였습니다. 그래서 확인을 해봤습니다.

부하테스트2: sleep() 주석처리

다시 코드에서, sleep() 을 주석처리 해봤습니다.

// Problem Service
public SubmissionResponse submitProblem(Long problemId, SubmissionRequest request) {
    Problem problem = problemRepository.findById(problemId)
            .orElseThrow(() -> new IllegalArgumentException("문제가 존재하지 않습니다."));
            
    //중간 코드 생략...
    
    //sleep((int)runtime*1000); // 주석처리!!!!!!

    //중간 코드 생략... 
    
    submissionService.saveSubmissionAndLeaderboard(submission, request, user);

    return SubmissionResponse.of(testResults);
}

• 요약: 문제 없이 10초동안의 부하를 견뎠습니다.

정리를 하자면,

• sleep() 생략 -> 부하를 버팀

• sleep() 존재 -> 커넥션풀이 고갈됨

이로서, sleep() 이 호출될때 커넥션풀을 반납하지 않은 상태이다. 라는 것을 알게 됩니다. 그러면 커넥션풀을 problem가져오는 시점에 할당 받는건 맞나? 라는 의문이 생겼습니다.

부하테스트3: sleep() 위치 이동

이를 확인하기 위해, sleep() 메서드를 메서드 호출 되자마자 실행되도록 위치를 옮겼습니다.

// Problem Service
public SubmissionResponse submitProblem(Long problemId, SubmissionRequest request) {
    sleep((int)runtime*1000); // 위치 이동!!! 메서드 호출되자마자 실행
    
    Problem problem = problemRepository.findById(problemId)
            .orElseThrow(() -> new IllegalArgumentException("문제가 존재하지 않습니다."));
            
    //중간 코드 생략...
    
    submissionService.saveSubmissionAndLeaderboard(submission, request, user);

    return SubmissionResponse.of(testResults);
}

• 요약: 문제 없이 테스트를 통과했습니다.

실험을 통해 커넥션 풀을 할당받는 시점은 submitProblem 호출 이후, 즉 problem 객체를 처음 가져오고 난 후 라는 것을 알게 됬습니다.

submitProblem 메서드에는 @Transactional 이 없기때문에, db 작업이 끝나면 커넥션을 반납하고 있다고 생각을 했지만, 실제로는 계속 가지고 있다는 것을 확인했습니다.

// Problem Service
public SubmissionResponse submitProblem(Long problemId, SubmissionRequest request) {
    // 커넥션 풀 할당!!
    Problem problem = problemRepository.findById(problemId)
            .orElseThrow(() -> new IllegalArgumentException("문제가 존재하지 않습니다."));
    
    //중간 코드 생략...
    
    sleep((int)runtime*1000); // 커넥션풀을 할당 받은 상태에서 sleep() 메서드가 실행!

    //중간 코드 생략... 
		
    // saveSubmissionAndLeaderboard에는 @Transactional 어노테이션이 존재!!
    submissionService.saveSubmissionAndLeaderboard(submission, request, user);    

    return SubmissionResponse.of(testResults);
    // 커넥션 풀 반납!!
}

• problem 객체를 가져오는 과정에서 커넥션풀을 사용하고, 이때 반납을 하지 않게됩니다.

찾아본 결과, Open Session In View로 인해(기본값 true), @transactional 어노테이션이 없어도, EntityManger는 요청이 끝날 때까지 살아있습니다. 커넥션도 이 EntityManger안에 붙어서 계속 유지됨으로 sleep()까지 포함됩니다.

결론

그러면 왜 커넥션이 고갈됐을까?

1. problemRepository.findById() → DB 접근 → 커넥션 할당됨

2. 트랜잭션이 없기 때문에 커넥션은 즉시 반납되지 않음

3. OSIV가 true이므로 EntityManager가 요청 전체에 살아 있음

4. Hibernate 내부적으로 커넥션을 EntityManager에 붙인 채 유지

5. sleep() 동안 커넥션은 점유된 채로 놀고 있음

6. 동시에 많은 요청이 들어오면 → 커넥션 풀 고갈 발생

OSIV

OSIV란?

OSIV는 "Open Session In View"의 줄임말로, JPA의 영속성 컨텍스트(Session)를 View 렌더링 시점까지 열어두는 방식입니다. Spring Boot에서는 spring.jpa.open-in-view=true가 기본 설정입니다. 기본값으로, 요청 시작 시 영속성 컨텍스트를 열고, 응답이 끝날 때 닫습니다.

spring:
  jpa:
    open-in-view: true

왜 OSIV가 존재할까?

기존에는 View 렌더링 단계(예: Thymeleaf)에서 엔티티의 Lazy 필드에 접근할 수 있게 하려는 목적이 컸습니다. 예를 들어:

@GetMapping("/users/{id}")
public String getUser(@PathVariable Long id, Model model) {
    User user = userService.findById(id); // 트랜잭션 종료
    model.addAttribute("user", user);
    return "user"; // 여기서 user.getPosts() 하면 Lazy 필드 초기화 (쿼리 발생)
}

이 경우, user.getPosts()는 Lazy 필드이며, Controller 이후에도 영속성 컨텍스트가 살아 있어야 쿼리를 실행할 수 있습니다. → 그래서 OSIV를 통해 View까지 EntityManager를 유지합니다.

하지만 API 서버에서는 전혀 다른 문제가 생깁니다.

public SubmissionResponse submitProblem(...) {
    Problem problem = problemRepository.findById(...); // DB 커넥션 사용
    Thread.sleep(2000); // 커넥션 반납 안 된 상태로 대기
    submissionService.saveSubmission(...); // @Transactional
}

• @Transactional이 없는 submitProblem()에서 DB 접근 발생

• 이때 커넥션이 할당되며, OSIV=true이기 때문에 EntityManager가 요청 끝날 때까지 살아 있음

• → 커넥션도 그 안에 붙어 있어 반납되지 않고 sleep() 동안 점유됨

• 동시에 많은 요청이 들어오면 커넥션 풀 고갈 발생

그럼 언제 false를 써야할까?

False

• API 서버 / REST: 커넥션 풀 고갈 방지, DTO 중심 설계 유도

• 대규모 트래픽 처리: 요청 단위 커넥션 점유 제거

True

• View 기반 웹 (Thymeleaf 등): Lazy 필드 View 접근 필요

• 내부 관리자 페이지(낮은 트래픽): 빠른 개발/유연한 템플릿 처리

@Transactional 사용

• OSIV = true: 트랜잭션 시작

  • 커넥션 생명주기: 트랜잭션 시작 - 메서드 종료까지. 만약 lazy loading으로 가져오게 되면, 커넥션을 다시 할당 받음.

  • 영속성 컨텍스트: 트랜잭션 시작 - 요청 종료까지.

  • Lazy 로딩 여부: 가능. 트랜잭션 밖에서도 가능.

• OSIV = false: 가장 안정적.

  • 커넥션 생명주기: 트랜잭션 시작 - 메서드 종료까지.

  • 영속성 컨텍스트: 트랜잭션 시작 - 메서드 종료까지.

  • Lazy 로딩 여부: 트랜잭션 내부에서만.

@Transactional 미사용

• OSIV = true: 최악

  • 커넥션 생명주기: 트랜잭션 시작 - 요청 종료까지.

  • 영속성 컨텍스트: 트랜잭션 시작 - 요청 종료까지.

  • Lazy 로딩 여부: 트랜잭션 시작 - 요청 종료까지.

• OSIV = false:

  • 커넥션 생명주기: 필요한 쿼리에 대해서만 잠깐 커넥션 점유.

  • 영속성 컨텍스트: 필요한 쿼리에 대해서만 잠시 영속화. 쿼리 이후 즉시 종료.

  • Lazy 로딩 여부: Lazy 접근 불가능