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[파이썬 아키텍처 패턴] 6장

작업 단위 패턴(Unit of Work)

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cosmicpython
이번 장에서 작업 단위 패턴을 이용해 서비스 계층과 데이터 계층을 완전히 분리해본다.
기존에는 플라스크 앱이 직접 데이터베이스에 요청해 세션을 시작하고, 저장소 계층과 대화하여 SQLAlchemyRepository 를 초기화하며 서비스 계층에 할당을 요청한다.
Unit of Work(UoW)는 데이터베이스 작업을 하나의 논리적인 단위로 묶어서 처리하는 디자인 패턴입니다.
이 패턴은 데이터베이스에 대한 접근을 중앙에서 관리하고, 트랜잭션의 시작과 끝을 명확하게 하여 데이터 일관성을 유지합니다. 파이썬에서는 콘텍스트 매니저를 사용하여 UoW를 쉽게 구현할 수 있습니다.

1. UoW 클래스 정의

UoW 클래스는 데이터베이스 세션을 관리하고, 커밋 및 롤백 작업을 처리합니다. 또한, 배치 저장소에 대한 접근을 제공합니다.
class UnitOfWork: def __init__(self, session_factory): self.session_factory = session_factory self.session = None def __enter__(self): self.session = self.session_factory() return self def __exit__(self, exc_type, exc_val, exc_tb): if exc_type is not None: self.rollback() else: self.commit() self.session.close() def commit(self): self.session.commit() def rollback(self): self.session.rollback() @property def batches(self): # 배치 저장소를 반환하는 메서드 pass
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약간 fastapi 내에 존재하는 sqlalchemy session di와 유사하게 생겼다.

2. 배치 저장소 정의

배치 저장소는 데이터베이스와의 인터페이스 역할을 합니다.
배치 데이터를 데이터베이스에서 추가하거나 조회하는 기능을 제공합니다.
class BatchRepository: def __init__(self, session): self.session = session def add(self, batch): self.session.add(batch) def get(self, batch_id): return self.session.query(Batch).filter_by(id=batch_id).one()
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3. 도우미 함수 정의

테스트를 쉽게 하기 위해 도우미 함수를 정의합니다.
테스트용 데이터 삽입 및 조회를 쉽게 하기 위해 사용합니다.
def insert_batch(session, ref, sku, qty, eta): session.execute( 'INSERT INTO batches (reference, sku, qty, eta) VALUES (:ref, :sku, :qty, :eta)', dict(ref=ref, sku=sku, qty=qty, eta=eta) ) def get_allocated_batch_ref(session, orderid, sku): result = session.execute( 'SELECT b.reference FROM allocations a JOIN batches b ON a.batch_id = b.id JOIN order_lines l ON a.orderline_id = l.id WHERE l.orderid = :orderid AND l.sku = :sku', dict(orderid=orderid, sku=sku) ) return result.fetchone()[0]
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4. UoW 통합 테스트

통합 테스트는 UoW를 실제로 사용해보는 테스트입니다.
def test_uow_can_retrieve_a_batch_and_allocate_to_it(sqlite_session_factory): session = sqlite_session_factory() insert_batch(session, 'batch1', 'sku1', 100, None) session.commit() uow = UnitOfWork(session_factory=sqlite_session_factory) with uow: batch = uow.batches.get('batch1') batch.allocate(OrderLine('order1', 'sku1', 10)) uow.commit() batch_ref = get_allocated_batch_ref(session, 'order1', 'sku1') assert batch_ref == 'batch1'
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UoW 가 있는 경우 플라스크 API 는 작업 단위를 초기화하고, 서비스를 호출하는 일만 하게 된다. 파이썬에서 콘텍스트 매니저 기능을 통해 UoW 를 구현하여 이러한 것들이 가능하도록 한다.
UoW 가 동작하는 모습을 미리 보면 아래와 같다.
def add_batch( ref: str, sku: str, qty: int, eta: Optional[date], uow: unit_of_work.AbstractUnitOfWork, ): with uow: uow.batches.add(model.Batch(ref, sku, qty, eta)) uow.commit() def allocate( orderid: str, sku: str, qty: int, uow: unit_of_work.AbstractUnitOfWork, ) -> str: line = OrderLine(orderid, sku, qty) with uow: batches = uow.batches.list() if not is_valid_sku(line.sku, batches): raise InvalidSku(f"Invalid sku {line.sku}") batchref = model.allocate(line, batches) uow.commit() return batchref
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UoW 가 with 문과 함께 시작한다. 콘텍스트 관리자로 정의했기 때문이다.
uow.batches 는 배치 저장소다. UoW가 데이터베이스에 대한 접근을 가능하게 한다.
작업이 완료되면 UoW 를 통해 커밋 혹은 롤백한다.
UoW 는 디비에 대한 단일 진입점으로 작용한다.
또한 어떤 객체가 메모리에 적재됐고 어떤 객체가 최종 상태인지를 기억한다.
UoW 에 대한 통합 테스트는 아래와 같이 할 수 있다.
import pytest from allocation.domain import model from allocation.service_layer import unit_of_work def insert_batch(session, ref, sku, qty, eta): session.execute( "INSERT INTO batches (reference, sku, _purchased_quantity, eta)" " VALUES (:ref, :sku, :qty, :eta)", dict(ref=ref, sku=sku, qty=qty, eta=eta), ) def get_allocated_batch_ref(session, orderid, sku): [[orderlineid]] = session.execute( "SELECT id FROM order_lines WHERE orderid=:orderid AND sku=:sku", dict(orderid=orderid, sku=sku), ) [[batchref]] = session.execute( "SELECT b.reference FROM allocations JOIN batches AS b ON batch_id = b.id" " WHERE orderline_id=:orderlineid", dict(orderlineid=orderlineid), ) return batchref def test_uow_can_retrieve_a_batch_and_allocate_to_it(session_factory): session = session_factory() insert_batch(session, "batch1", "HIPSTER-WORKBENCH", 100, None) session.commit() uow = unit_of_work.SqlAlchemyUnitOfWork(session_factory) with uow: batch = uow.batches.get(reference="batch1") line = model.OrderLine("o1", "HIPSTER-WORKBENCH", 10) batch.allocate(line) uow.commit() batchref = get_allocated_batch_ref(session, "o1", "HIPSTER-WORKBENCH") assert batchref == "batch1"
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UoW 를 테스트할 때 필요한 도우미 함수 insert_batch 와 get_allocated_batch_ref 를 따로 정의하였다.
커스텀 세션 팩토리를 사용해 UoW 를 초기화하고 블록 안에서 사용할 uow 객체를 얻는다.
uow.batches 를 통해 배치 저장소에 대한 접근을 제공한다.
작업이 끝나면 commit 한다.
그러면 이러한 일이 가능하게 하는 UoW 를 추상 클래스로 인터페이스를 명시해본다.
from typing import TypeVar, Generic T = TypeVar('T', bound=AbstractRepository) class AbstractUnitOfWork(abc.ABC): batches: repository.AbstractRepository def __enter__(self) -> AbstractUnitOfWork: return self def __exit__(self, *args): self.rollback() @abc.abstractmethod def commit(self): raise NotImplementedError @abc.abstractmethod def rollback(self): raise NotImplementedError @property def batches(self) -> T: return self._batches
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UoW 는 .batches 라는 속성을 제공한다.
__enter__ , __exit__ 는 with 블록에 들어갈 때와 나올 때 호출되는 매직 매서드다.
커밋을 하지 않거나 예외를 발생시켜서 콘텍스트 관리자를 빠져나가면 rollback 을 수행한다.
commit() 이 이미 호출된 경우에는 롤백을 해도 아무 일이 발생하지 않는다.
위의 조건들을 만족하는 SQLAlchemy 세션을 사용하는 UoW 를 정의하면 아래와 같다.
DEFAULT_SESSION_FACTORY = sessionmaker( bind=create_engine( config.get_postgres_uri(), ) ) class SqlAlchemyUnitOfWork(AbstractUnitOfWork): def __init__(self, session_factory=DEFAULT_SESSION_FACTORY): self.session_factory = session_factory def __enter__(self): self.session = self.session_factory()# type: Session self.batches = repository.SqlAlchemyRepository(self.session) return super().__enter__() def __exit__(self, *args): super().__exit__(*args) self.session.close() def commit(self): self.session.commit() def rollback(self): self.session.rollback()
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이 모듈은 Postgres와 연결하는 default session factory 를 정의한다.
__enter__ 메서드는 디비 세션을 시작하고 세션을 사용할 실제 저장소를 인스턴스화한다.
콘텍스트 관리자에서 나올 때 세션을 닫는다.
구체적인 commit() 과 rollback() 메서드를 제공한다.
이제 구현된 UoW 를 기반으로 서비스 계층 테스트에서 가짜 UoW 를 사용할 수 있다.
class FakeUnitOfWork(unit_of_work.AbstractUnitOfWork): def __init__(self): self.batches = FakeRepository([]) self.committed = False def commit(self): self.committed = True def rollback(self): pass def test_add_batch(): uow = FakeUnitOfWork() services.add_batch("b1", "CRUNCHY-ARMCHAIR", 100, None, uow) assert uow.batches.get("b1") is not None assert uow.committed def test_allocate_returns_allocation(): uow = FakeUnitOfWork() services.add_batch("batch1", "COMPLICATED-LAMP", 100, None, uow) result = services.allocate("o1", "COMPLICATED-LAMP", 10, uow) assert result == "batch1"
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커밋과 롤백이 제대로 작동하는지 확인하기 위한 테스트를 작성해 볼수도 있다.
def test_rolls_back_uncommitted_work_by_default(session_factory): uow = unit_of_work.SqlAlchemyUnitOfWork(session_factory) with uow: insert_batch(uow.session, "batch1", "MEDIUM-PLINTH", 100, None) new_session = session_factory() rows = list(new_session.execute('SELECT * FROM "batches"')) assert rows == [] def test_rolls_back_on_error(session_factory): class MyException(Exception): pass uow = unit_of_work.SqlAlchemyUnitOfWork(session_factory) with pytest.raises(MyException): with uow: insert_batch(uow.session, "batch1", "LARGE-FORK", 100, None) raise MyException() new_session = session_factory() rows = list(new_session.execute('SELECT * FROM "batches"')) assert rows == []
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커밋, 롤백과 관련하여 디폴트로 결과를 커밋하고 예외가 생겼을 때만 롤백을 하는 방식으로 구현해볼 수도 있다.
class AbstractUnitOfWork(abc.ABC): batches: repository.AbstractRepository def __enter__(self) -> AbstractUnitOfWork: return self def __exit__(self, exn_type, exn_value, traceback): if exn_type is None: self.commit() else: self.rollback()
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이렇게 하면 commit() 을 명시하는 한 줄을 줄일 수 있다. 하지만 언제 상태를 디비에 반영할지(flush) 선택해야 한다면 명시적인 커밋을 요구하는 쪽이 더 선호된다.
명시적 커밋이 요구되면 소프트웨어 동작이 안전해진다. 또한 시스템의 상태를 바꾸는 경로가 단 하나(커밋을 명시하는 경로) 만 존재하므로 코드를 추론하기도 쉬워진다.
작업 단위 패턴(UoW) 을 통해서 트랜잭션 시작과 끝을 명시적으로 제어할 수 있다. 또한 원자적 연산을 표현하는 추상화이며, 콘텍스트 관리자를 사용하여 원자적으로 한 그룹으로 묶여야하는 코드 블록을 시각적으로 쉽게 알아볼 수 있다.
참고) 원자적 연산 : 수행되는 동안 어떠한 방해도 받지 않아야 하는 더 이상 분리할 수 없는 작업 단위를 말한다. 위의 예제에서는 디비와의 통신 과정에서 동시에 공유하고 있는 디비에 여러 접근이 이루어져, 데이터의 정합성에 영향을 줄 수 있는 상황을 방지할 수 있도록 원자적인 연산 행위에 대한 commit() 과 rollback() 을 콘텍스트 관리자로 구현해놓은 부분을 말한다.
반면, ORM 이 이미 좋은 추상화를 제공하는 경우가 있기 때문에 굳이 따로 UoW 를 구현하지 않아도 된다. 또한 다중 스레딩, 롤백 등 직접 구현할 때 상당히 신중해야 하는 케이스에 대해서는 ORM 이 제공하는 기능을 사용하는 것이 더 안전할 수 있다.
참고
모킹의 원칙:
"자신이 만든 것이 아니면 모킹하지 말라"는 원칙은 복잡한 하위 시스템 위에 간단한 추상화를 만들도록 유도하는 기본 규칙입니다.
세션(Session)과 UoW(Unit of Work) 비교:
세션(Session):
데이터베이스에 대한 영속성 관련 기능을 노출하는 복잡한 객체입니다.
데이터베이스 접근 코드가 코드베이스 곳곳에 흩어질 위험이 있습니다.
Unit of Work (UoW):
세션보다 간단한 추상화입니다.
서비스 계층이 작업 단위를 시작하거나 중단할 수 있게 도와줍니다.
세션을 모킹하는 것과 같은 성능상의 이점을 제공하지만, 더 간단하고 명확한 책임 분리를 가능하게 합니다.
가짜 객체 사용의 목적:
UoW와 세션을 가짜 객체로 사용하면 실제 데이터베이스를 사용하지 않고 메모리 상에서 테스트를 진행할 수 있습니다.
UoW는 세션보다 더 간단한 추상화를 제공하여 테스트 작성이 더 편리합니다.
권장 사항:
실행이 빠른 테스트를 작성하려면 SQLAlchemy 대신 UoW를 모킹하고, 이를 코드베이스 전체에서 사용하는 것이 좋습니다.
SQLAlchemy 세션과 결합하는 것보다 더 간단한 추상화를 선택하여 책임을 명확히 분리하는 것이 좋습니다.
질문 정리
그래서 작업 단위 세션 작업을 통해 얻을 수 있는 장점이 뭐야