이번 글에서 살펴볼 설계안은 (1) 피드 발행과 (2) 뉴스 피드 생성 두 가지 부분으로 나뉘어 있다.
- 피드 발행: 사용자가 스토리를 포스팅하면 해당 데이터를 캐시와 데이터베이스에 기록한다. 새 포스팅은 친구의 뉴스 피드에도 전송된다.
- 뉴스 피드 생성: 지면 관계상 뉴스 피드는 모든 친구의 포스팅을 시간 흐름 역순으로 모아서 만든다고 가정한다.
내가 생각했을 때는 피드 발행을 하면 Post 테이블에 게시글이 저장되고, Post 테이블에서 다시 조회해서 뉴스 피드를 생성하면 되는거 아닌가 했는데 이건 너무 단순한 생각이었던 거 같다. 계속 읽어봐야지.
뉴스 피드 API는 클라이언트가 서버와 통신하기 위해 사용하는 수단이다. HTTP 프로토콜 기반이고, 상태 정보를 업데이트 하거나, 뉴스 피드를 가져오거나, 친구를 추가하는 등의 다양한 작업을 수행하는 데 사용한다. 지금부터 이 가운데 가장 중요한 두 가지 API, 즉 피드 발행 API와 피드 읽기 API를 살펴보자.
새 스토리를 포스팅하기 위한 API다. HTTP POST 형태로 요청을 보내면 된다.(Authorization 헤더가 필요하다.)
뉴스 피드를 가져오는 API다.(Authorization 헤더가 필요하다.)
- 사용자: 모바일 앱이나 브라우저에서 새 포스팅을 올리는 주체
- 로드밸런서: 트래픽을 웹 서버들로 분산한다.
- 웹 서버: HTTP 요청을 내부 서비스로 중계하는 역할을 담당한다.
- 포스팅 저장 서비스: 새 포스팅을 데이터베이스와 캐시에 저장한다.
- 포스팅 전송 서비스: 새 포스팅을 친구의 뉴스 피드에 푸시한다. 뉴스 피드 데이터는 캐시에 보관하여 빠르게 읽어갈 수 있도록 한다.
- 알림 서비스: 친구들에게 새 포스팅이 올라왔음을 알리거나, 푸시 알림을 보내는 역할을 담당한다.
그림을 보니 게시글 캐시가 존재하고, 피드 캐시가 존재한다. 그러면 위에서 말했던 의문에 대한 이해가 조금씩 되는 것 같다.
- 사용자: 뉴스 피드를 읽는 주체다.
- 로드 밸런서: 트래픽을 웹 서버들로 분산한다.
- 웹 서버: 트래픽을 뉴스 피드 서비스로 보낸다.
- 뉴스 피드 서비스: 캐시에서 뉴스 피드를 가져오는 서비스다.
- 뉴스 피드 캐시: 뉴스 피드를 렌더링할 때 필요한 피드 ID를 보관한다.
위의 그림은 피드 발행 흐름의 상세 설계안이다.
웹 서버는 클라이언트와 통신할 뿐 아니라 인증이나 처리율 제한 등의 기능도 수행한다. 올바른 인증 토큰을 Authorization 헤더에 넣고 API를 호출하는 사용자만 포스팅을 할 수 있어야 한다. 또한, 스팸을 막고 유해한 콘텐츠가 자주 올라오는 것을 방지하기 위해서 특정 기간 동안 한 사용자가 올릴 수 있는 포스팅의 수에 제한을 두어야 한다.
포스팅 전송, 즉 팬아웃은 어떤 사용자의 새 포스팅을 그 사용자와 친구 관계에 있는 모든 사용자에게 전달하는 과정이다. 팬아웃에어는 두 가지 모델이 있는데 하나는 쓰기 시점에 팬아웃하는 모델(push model)이고, 다른 하나는 읽기 시점에 팬아웃 하는 모델(pull model)이다.
이번 장을 읽으면서 이런 용어들이 있고, 이런 방법들이 있다는 것을 처음 알게 되었는데 자세히 알아보자.
새로운 포스팅을 기록하는 시점에 뉴스 피드를 갱신하게 된다. 다시 말해, 포스팅이 완료되면 바로 해당 사용자의 캐시에 해당 포스팅을 기록하는 것이다.
- 뉴스 피드가 실시간으로 갱신되며 친구 목록에 있는 사용자에게 즉시 전송된다.
- 새 포스팅이 기록되는 순간에 뉴스 피드가 이미 갱신되므로 뉴스 피드를 읽는 데 드는 시간이 짧아진다.(올린 사람의 친구들 피드 캐시에 모두 업데이트 하기 때문에 그런 거 같다.)
- 친구가 많은 사용자의 경우 친구 목록을 가져오고 그 목록에 있는 사용자 모두의 뉴스 피드를 갱신하는 데 많은 시간이 소요될 수도 있다.
핫키(hotkey)라고 부르는 문제다. - 서비스를 자주 이용하지 않는 사용자의 피드까지 갱신해야 하므로 컴퓨팅 자원이 낭비된다.
피드를 읽어야 하는 시점에 뉴스 피드를 갱신한다. 따라서 요청 기반 모델이다. 사용자가 본인 홈페이지나 타임라인을 로딩하는 시점에 새로운 포스트를 가져오게 된다.
- 비활성화된 사용자, 또는 서비스에 거의 로그인하지 않는 사용자의 경우에는 이 모델이 유리하다. 로그인하기까지는 어떤 컴퓨팅 자원도 소모하지 않아서다.
- 데이터를 친구 각각에 푸시하는 작업이 필요 없으므로 핫키 문제도 생기지 않는다.
- 뉴스 피드를 읽는 데 많은 시간이 소요될 수 있다.(읽을 때 기존 캐시 데이터가 아니라 새로 읽어와야 하기 때문에)
본 설계안의 경우에는 이 두 가지 방법을 결헙하여 장점은 취하고 단점은 버리는 전략을 취하도록 해보자. 뉴스 피드를 빠르게 가져올 수 있도록 하는 것은 아주 중요하므로 대부분의 사용자에 대해서는 푸시 모델을 사용한다. 친구나 팔로워가 아주 많은 사용자의 경우에는 팔로워로 하여금 해당 사용자의 포스팅을 필요할 때 가져가도록 풀 모델을 사용하여 시스템 과부하를 방지할 것이다.
아울러 안정 해시를 통해 요청과 데이터를 보다 고르게 분산하여 핫키 문제를 줄여볼 것이다.
- 그래프 데이터베이스에서 친구 ID 목록을 가져온다. 그래프 데이터베이스는 친구 관계나 친구 추천을 관리하기 적합하다.
- 사용자 정보 캐시에서 친구들의 정보를 가져온다. 그런 후에 사용자 설정에 따라 친구 가운데 일부를 걸러낸다.
- 친구 목록과 새 스토리의 포스팅 ID를 메세지 큐에 넣는다.
- 팬아웃 작업 서버가 메세지 큐에서 데이터를 꺼내어 뉴스 피드 데이터를 뉴스 피드 캐시에 넣는다. 뉴스 피드 캐시는
<포스팅 ID, 사용자 ID>의 순서쌍을 보관하는 매핑 테이블이라고 볼 수 있다.
이미지나 비디오와 같은 미디어 콘텐츠는 CDN에 저장하여 발리 읽어갈 수 있도록 하였다.
- 사용자가 뉴스 피드를 읽으려는 요청을 보낸다.
- 로드밸런서가 요청을 웹 서버 가운데 하나로 보낸다.
- 웹 서버는 피드를 가져오기 위해 뉴스 피드 서비스를 호출한다.
- 뉴스 피드 서비스는 뉴스 피드 캐시에서 포스팅 ID 목록을 가져온다.
- 뉴스 피드에 표시할 사용자 이름, 사용사 사진, 포스팅 컨텐츠, 이미지 등을 사용자 캐시와 포스팅 캐시에서 가져와 완전한 뉴스 피드를 만든다.
- 생성된 뉴스 피드를 JSON 형태로 클라이언트에게 보낸다.
- 뉴스 피드: 뉴스 피드의 ID를 보관한다.
- 콘텐츠: 포스팅 데이터를 보관한다. 인기 콘텐츠는 따로 보관한다.
- 소셜 그래프: 사용자 간 관계 정보를 보관한다.
- 행동: 포스팅에 대한 사용자의 행위에 관한 정보를 보관한다. 포스팅에 대한 좋아요, 답글 등등
- 횟수: 좋아요 횟수, 응답 수, 팔로워 수, 팔로잉 수 등의 정보를 보관한다.
- 수직적 규모 확장 vs 수평적 규모 확장
- SQL vs NoSQL
- 주-부(master-slave) 다중화
- 복제본(replica)에 대한 읽기 연산
- 일관성 모델
- 데이터베이스 샤딩
이외에도 논의해볼만한 주제는 아래와 같다.
- 웹 계층을 무상태로 운영하기
- 가능한 한 많은 데이터를 캐시할 방법
- 여러 데이터 센터를 지원할 방법
- 메세지 큐를 사용하여 컴포넌트 사이의 결합도 낮추기
- 핵심 멘트릭에 대한 모니터링