Kotlin 기반 경량 ORM Exposed

Exposed 란 ?

Exposed는 JetBrains에서 만든 Kotlin 언어 기반의 ORM 프레임워크입니다. Exposed는 두 가지 레벨의 데이터베이스 access를 제공합니다. SQL을 매핑 한 DSL 방식, 경량화한 DAO 방식을 제공하며 공식적으로 H2, MySQL, MariaDB, Oracle, PostgreSQL, SQL Server, SQLite 데이터베이스를 지원합니다.

그래서 왜 쓰는 데 ?

저는 개인적, 회사 업무에서 Spring Data JPA를 주로 사용하고 있습니다. JPA가 가져다주는 큰 장점이 많아 적극적으로 사용하고 있지만 특정 상황에서 하이버네이트의 단점이 있어 이를 보안하기 위해서 Exposed를 사용하고 있습니다. 해당 내용은 Batch Insert 성능 향상기 1편 - With JPA, Batch Insert 성능 향상기 2편 - 성능 측정에서 포스팅한 바 있습니다.

Getting Started

MySQL

version: '3'

services:
    db_mysql:
        container_name: mysql.local
        image: mysql/mysql-server:5.7
        environment:
            MYSQL_ROOT_HOST: '%'
            MYSQL_DATABASE: 'exposed_study'
            MYSQL_ALLOW_EMPTY_PASSWORD: 'yes'
        ports:
            - '3366:3306'
        volumes:
            - './volumes/mysql/default:/var/lib/mysql'
        command:
            - 'mysqld'
            - '--character-set-server=utf8mb4'
            - '--collation-server=utf8mb4_unicode_ci'
            - '--sql_mode=STRICT_TRANS_TABLES,NO_ZERO_IN_DATE,NO_ZERO_DATE,ERROR_FOR_DIVISION_BY_ZERO,NO_AUTO_CREATE_USER,NO_ENGINE_SUBSTITUTION'

$ docker-compose up -d

Exposed에서 지원해 주는 MySQL 기반으로 진행하기 위해서 해당 환경을 Docker로 구성합니다.

Gradle

dependencies {
    implementation("mysql:mysql-connector-java")
    implementation("org.jetbrains.exposed:exposed-core:0.31.1")
    implementation("org.jetbrains.exposed:exposed-dao:0.31.1")
    implementation("org.jetbrains.exposed:exposed-jdbc:0.31.1")
    implementation("org.jetbrains.exposed:exposed-java-time:0.31.1")
}

필요한 의존성을 추가합니다.

Config

class ExposedGettingStarted {
    private val config = HikariConfig().apply {
        jdbcUrl = "jdbc:mysql://localhost:3366/exposed_study?useSSL=false&serverTimezone=UTC&autoReconnect=true&rewriteBatchedStatements=true"
        driverClassName = "com.mysql.cj.jdbc.Driver"
        username = "root"
        password = ""
    }

    private val dataSource = HikariDataSource(config)
    ...
}

HikariConfig에 위에서 생성한 MySQL 정보를 입력하여 DataSource를 생성합니다.

DSL 방식

object Payments : LongIdTable(name = "payment") {
    val orderId = long("order_id")
    val amount = decimal("amount", 19, 4)
}

class ExposedGettingStarted {

    @Test
    fun `exposed DSL`() {
        // connection to MySQL
        Database.connect(dataSource)

        transaction {
            // Show SQL logging
            addLogger(StdOutSqlLogger)

            // CREATE TABLE IF NOT EXISTS payment (id BIGINT AUTO_INCREMENT PRIMARY KEY, order_id BIGINT NOT NULL, amount DECIMAL(19, 4) NOT NULL)
            SchemaUtils.create(Payments)

            // INSERT INTO payment (amount, order_id) VALUES (1, 1)
            // ...
            (1..5).map {
                Payments.insert { payments ->
                    payments[amount] = it.toBigDecimal()
                    payments[orderId] = it.toLong()
                }
            }

            // UPDATE payment SET amount=0 WHERE payment.amount >= 0
            Payments.update({ amount greaterEq BigDecimal.ZERO })
            {
                it[amount] = BigDecimal.ZERO
            }

            // SELECT payment.id, payment.order_id, payment.amount FROM payment WHERE payment.amount = 0
            // Payment(amount=1.0000, orderId=1)
            Payments.select { amount eq BigDecimal.ZERO }
                    .forEach { println(it) }

            // DELETE FROM payment WHERE payment.amount >= 1
            Payments.deleteWhere { amount greaterEq BigDecimal.ONE }

            // DROP TABLE IF EXISTS payment
            SchemaUtils.drop(Payments)
        }
    }
}

Payments객체에 테이블 정보를 작성 하여 테이블을 생성하여 Insert, Select, Update, Delete를 하고 테이블을 Drop 합니다. SQL를 매핑한 DSL 방식으로 코틀린 코드 베이스로 SQL을 조작할 수 있습니다.

DAO 방식

class Payment(id: EntityID<Long>) : LongEntity(id) {
    companion object : LongEntityClass<Payment>(Payments)
    var amount by Payments.amount
    var orderId by Payments.orderId
}

class ExposedGettingStarted {
    @Test
    fun `exposed DAO`() {
        // connection to MySQL
        Database.connect(dataSource)

        transaction {
            // Show SQL logging
            addLogger(StdOutSqlLogger)

            // CREATE TABLE IF NOT EXISTS payment (id BIGINT AUTO_INCREMENT PRIMARY KEY, order_id BIGINT NOT NULL, amount DECIMAL(19, 4) NOT NULL)
            SchemaUtils.create(Payments)

            // INSERT INTO payment (amount, order_id) VALUES (1, 1)
            // ...
            (1..20).map {
                Payment.new {
                    amount = it.toBigDecimal()
                    orderId = it.toLong()
                }
            }

            // UPDATE payment SET amount=0 WHERE id = 1
            // ...
            Payment.all()
                    .forEach { it.amount = BigDecimal.ZERO }

            // SELECT payment.id, payment.order_id, payment.amount FROM payment WHERE payment.amount >= 1
            // Payment(amount=1.0000, orderId=1)
            Payment.find { amount eq BigDecimal.ONE }
                    .forEach { println(it) }

            // DELETE FROM payment WHERE payment.id = 1
            // ...
            Payment.all()
                    .forEach { it.delete() }

            // DROP TABLE IF EXISTS payment
            SchemaUtils.drop(Payments)
        }
    }
}

DSL 객체인 Payments 기반으로 DAO Payment를 객체를 생성합니다. DAO는 payment 테이블에 대한 Data Access Object의 기능을 전담하게 됩니다. Data JPA의 Repository와 비슷한 개념입니다.

With Spring Boot

Exposed에서는 Spring Boot를 지원하는 exposed-spring-boot-starter 의존성을 제공하고 있습니다.

gradle

implementation("org.jetbrains.exposed:exposed-spring-boot-starter:0.31.1")

스프링 부트에서 공식적으로 지원하는 의존성은 아니기 때문에 버전을 명확하게 명시해야 합니다.

properties

spring:
    datasource:
        url: jdbc:mysql://localhost:3366/exposed_study?useSSL=false&serverTimezone=UTC&autoReconnect=true&rewriteBatchedStatements=true&logger=Slf4JLogger&profileSQL=false&maxQuerySizeToLog=100000
        username: root
        password:
        driver-class-name: com.mysql.cj.jdbc.Driver
    exposed:
        generate-ddl: true
        excluded-packages: com.example.exposedstudy

logging.level.Exposed: debug

datasource에 대한 설정을 스프링 부트에서 사용하는 방식 그대로 사용할 수 있고 generate-ddl 설정이 활성화되어 있는 경우 데이터베이스 스키마를 생성하고, 특정 스키마를 제외하고 싶은 경우 excluded-packages 설정으로 제외할 수 있습니다. 실제 코드를 보면 매우 단순합니다. logging.level.Exposed: debug 경우 별도의 설정 없이 Show SQL Log를 볼 수 있습니다.

@Configuration
@AutoConfigureAfter(DataSourceAutoConfiguration::class)
@EnableTransactionManagement
open class ExposedAutoConfiguration(private val applicationContext: ApplicationContext) {

    @Value("\${spring.exposed.excluded-packages:}#{T(java.util.Collections).emptyList()}")
    private lateinit var excludedPackages: List<String>

    @Bean
    open fun springTransactionManager(datasource: DataSource) = SpringTransactionManager(datasource)

    @Bean
    @ConditionalOnProperty("spring.exposed.generate-ddl", havingValue = "true", matchIfMissing = false)
    open fun databaseInitializer() = DatabaseInitializer(applicationContext, excludedPackages)
}

open class DatabaseInitializer(private val applicationContext: ApplicationContext, private val excludedPackages: List<String>) : ApplicationRunner, Ordered {
    override fun getOrder(): Int = DATABASE_INITIALIZER_ORDER

    companion object {
        const val DATABASE_INITIALIZER_ORDER = 0
    }

    private val logger = LoggerFactory.getLogger(javaClass)

    @Transactional
    override fun run(args: ApplicationArguments?) {
        val exposedTables = discoverExposedTables(applicationContext, excludedPackages)
        logger.info("Schema generation for tables '{}'", exposedTables.map { it.tableName })

        logger.info("ddl {}", exposedTables.map { it.ddl }.joinToString())
        SchemaUtils.create(*exposedTables.toTypedArray())
    }
}

fun discoverExposedTables(applicationContext: ApplicationContext, excludedPackages: List<String>): List<Table> {
    val provider = ClassPathScanningCandidateComponentProvider(false)
    provider.addIncludeFilter(AssignableTypeFilter(Table::class.java))
    excludedPackages.forEach { provider.addExcludeFilter(RegexPatternTypeFilter(Pattern.compile(it.replace(".", "\\.") + ".*"))) }
    val packages = AutoConfigurationPackages.get(applicationContext)
    val components = packages.map { provider.findCandidateComponents(it) }.flatten()
    return components.map { Class.forName(it.beanClassName).kotlin.objectInstance as Table }
}

스프링 표현식으로 제외 시킬 excludedPackages를 List로 받고, generate-ddl 여부에 따라 DatabaseInitializer 빈을 등록여부를 결정합니다. 만약 해당 빈을 등록하게 되면 DatabaseInitializer 객체가 ApplicationRunner을 구현하고 있기 때문에 스프링 어플리케이션이 실행하는 경우 run() 메서드에서 스키마를 생성하게 됩니다. (excludedPackages는 제외)

run() 메서드에 @Transactional 어노테이션이 있는 것을 볼 수 있습니다. 이것은 spring-transaction모듈을 통해서 TransactionSynchronizationManager를 기반으로 스프링의 트랜잭션 메커니즘을 그대로 사용할 수 있다는 의미 입니다.

스프링의 트랜잭션 동기화 메커니즘 토비의 스프링 3.1, 361 페이지 스프링은 위와 같은 방식으로 트랜잭션 동기화를 진행합니다. 해당 방식은 트랜잭션을 시작하기 위해 만든 Connection 오브젝트를 특별한 저장소에 보관해두고, 이후에 호출되는 메서드에서 저장된 Connection을 가져다가 사용합니다.

Testing in Spring Boot

@SpringBootTest
@Transactional
@TestConstructor(autowireMode = TestConstructor.AutowireMode.ALL)
@ActiveProfiles("test")
open class ExposedTestSupport

class ExposedGettingStartedInSpringBoot : ExposedTestSupport() {

    @Test
    fun `exposed DAO`() {
        // connection to MySQL
        // Database.connect(dataSource) 스프링 Bean의 DataSource를 사용하기 때문에 주석

        // transaction { 스프링 @Transactional 으로 트랜잭션을 시작하기 때문에 주석
            // Show SQL logging
            // addLogger(StdOutSqlLogger)  logging.level.Exposed: debug 으로 Show SQL logging 확인

            // CREATE TABLE IF NOT EXISTS payment (id BIGINT AUTO_INCREMENT PRIMARY KEY, order_id BIGINT NOT NULL, amount DECIMAL(19, 4) NOT NULL)
            //  SchemaUtils.create(Payments)  generate-ddl: true 으로 스키마 생성

            // INSERT INTO payment (amount, order_id) VALUES (1, 1)
            // ...
            (1..20).map {
                Payment.new {
                    amount = it.toBigDecimal()
                    orderId = it.toLong()
                }
            }

            // UPDATE payment SET amount=0 WHERE id = 1
            // ...
            Payment.all()
                    .forEach { it.amount = BigDecimal.ZERO }

            // SELECT payment.id, payment.order_id, payment.amount FROM payment WHERE payment.amount >= 1
            // Payment(amount=1.0000, orderId=1)
            Payment.find { amount eq BigDecimal.ONE }
                    .forEach { println(it) }

            // DELETE FROM payment WHERE payment.id = 1
            // ...
            Payment.all()
                    .forEach { it.delete() }

            // DROP TABLE IF EXISTS payment
            // SchemaUtils.drop(Payments)
        // }
    }

    @Test
    fun `exposed DSL`() {
        // connection to MySQL
        // Database.connect(dataSource) 스프링 Bean의 DataSource를 사용하기 때문에 주석

        // transaction { 스프링 @Transactional 으로 트랜잭션을 시작하기 때문에 주석
            // Show SQL logging
            // addLogger(StdOutSqlLogger)  logging.level.Exposed: debug 으로 Show SQL logging 확인

            // CREATE TABLE IF NOT EXISTS payment (id BIGINT AUTO_INCREMENT PRIMARY KEY, order_id BIGINT NOT NULL, amount DECIMAL(19, 4) NOT NULL)
            //  SchemaUtils.create(Payments)  generate-ddl: true 으로 스키마 생성

            // INSERT INTO payment (amount, order_id) VALUES (1, 1)
            // ...
            (1..5).map {
                Payments.insert { payments ->
                    payments[amount] = it.toBigDecimal()
                    payments[orderId] = it.toLong()
                }
            }

            // UPDATE payment SET amount=0 WHERE payment.amount >= 0
            Payments.update({ amount greaterEq BigDecimal.ZERO })
            {
                it[amount] = BigDecimal.ZERO
            }

            // SELECT payment.id, payment.order_id, payment.amount FROM payment WHERE payment.amount = 0
            // Payment(amount=1.0000, orderId=1)
            Payments.select { amount eq BigDecimal.ZERO }
                    .forEach { println(it) }

            // DELETE FROM payment WHERE payment.amount >= 1
            Payments.deleteWhere { amount greaterEq BigDecimal.ONE }

            // DROP TABLE IF EXISTS payment
            // SchemaUtils.drop(Payments)
        // }
    }
}

DataSource는 스프링 Bean을 사용하기 때문에 제거했으며, transaction { ... }으로 트랜잭션을 시작했던 코드를 스프링의 @Transactional으로 대체했습니다. 또한 SchemaUtils.create(Payments)으로 스키마를 생성했던 부분을 generate-ddl: true 속성 파일로 대체했습니다. 그리고 ExposedTestSupport 객체에 @Transactional가 있어 테스트 코드의 최종 데이터는 모두 Rollback을 진행하게 됩니다. Spring 환경에서 Exposed를 사용하게 되면 보다 간결하게 사용 가능합니다.

심화

batch insert

@Test
fun `batch insert`() {
    val data = (1..10).map { it }
    Books.batchInsert(
            data,
            ignore = false,
            shouldReturnGeneratedValues = false
    ) {
        this[Books.writer] = 1L
        this[Books.title] = "$it-title"
        this[Books.price] = it.toBigDecimal()
        this[Books.createdAt] = LocalDateTime.now()
        this[Books.updatedAt] = LocalDateTime.now()
    }
}

Exposed는 batchInsert() 메서드를 지원하기 때문에 쉽게 batch insert를 진행할 수 있습니다. Mysql의 경우 JDBC 드라이버에 rewriteBatchedStatements=true 속성을 반드시 입력해야 batch insert가 가능합니다. shouldReturnGeneratedValues 값을 false로 지정하면 auto_increment으로 증가된 ID 값을 가져오지 않기에 성능이 향상될 수 있습니다.

로그에 출력되는 SQL은 batch insert가 진행되지 않고 개별 insert로 출력 됩니다.

하지만 실제 데이터베이스의 로그를 확인해보면 batch insert가 정상적으로 동작하는 것을 확인할 수 있습니다.

SQL Log 확인 방법 show variables like 'general_log%'; 확인 해서 general_log가 OFF인 경우 set global general_log = 'ON'; 설정 이후 general_log_file 경로에 로그 파일 확인

Variable_name	Value
general_log	OFF
general_log_file	/var/lib/mysql/2eb41ec6a5fe.log

연관 관계

object Books : LongIdTable("book") {
    val writer = reference("writer_id", Writers)
    val title = varchar("title", 150)
    val price = decimal("price", 10, 4)
    val createdAt = datetime("created_at")
    val updatedAt = datetime("updated_at")
}

object Writers : LongIdTable("writer") {
    val name = varchar("name", 150)
    val email = varchar("email", 150)
    val createdAt = datetime("created_at")
    val updatedAt = datetime("updated_at")
}

reference을 통해서 객체의 연관 관계를 참조할 수 있게 할 수 있습니다.

Join

@Test
fun `join`() {
    val writerId = insertWriter("yun", "yun@asd.com")[Writers.id].value
    (1..5).map {
        insertBook("$it-title", BigDecimal.TEN, writerId)
    }

    // SELECT book.id, book.title, book.price, writer.`name`, writer.email FROM book INNER JOIN writer ON writer.id = book.writer_id
    (Books innerJoin Writers)
            .slice(
                    Books.id,
                    Books.title,
                    Books.price,
                    Writers.name,
                    Writers.email,
            )
            .selectAll()
            .forEach {
                it.fieldIndex
                println("bookId: ${it[Books.id]}, title: ${it[Books.title]}, writerName: ${it[Writers.name]}, writerEmail: ${it[Writers.email]}")
            }
}

DSL 기반으로 조인 SQL로 쉽게 작성할 수 있습니다.

참고

Exposed Wiki
토비의 스프링 3.1, 361 페이지

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