Express 개발 강좌, 캐싱 전략 (Redis, 메모리 캐시)

웹 애플리케이션을 개발하다 보면, 성능 개선의 필요성을 느끼게 되는 순간이 많습니다. 특히 대량의 데이터 요청이나 빈번한 DB 쿼리를 처리하는 경우, 애플리케이션의 응답 속도를 개선하기 위해 캐싱 전략을 사용하는 것이 중요합니다. 본 글에서는 Express.js를 이용한 백엔드 서버 개발에서의 캐싱 전략에 대해 살펴보겠습니다. Redis와 메모리 캐시를 활용한 방법을 중심으로 설명하겠습니다.

1. 캐싱의 필요성

캐싱은 데이터를 효율적으로 저장하고 재사용하는 기술로, 데이터베이스의 부하를 줄이고 서버의 응답 속도를 높이는 데 기여합니다. 캐싱의 장점은 다음과 같습니다:

응답 시간을 단축시켜 사용자의 체험을 개선합니다.
서버 리소스를 절약하여 비용 효율성을 높입니다.
DB의 부하를 줄여 시스템의 안정성을 증가시킵니다.

2. 메모리 캐시

메모리 캐시는 서버의 RAM에 데이터를 저장하는 방식으로, 매우 빠른 응답 속도를 제공합니다. 노드에서 메모리 캐시를 구현하기 위해 `node-cache` 라이브러리를 사용할 수 있습니다. 이 라이브러리는 단순한 메모리 캐시 기능을 제공합니다.

2.1. node-cache 설치

        npm install node-cache

2.2. 메모리 캐시 구현 예제

다음은 Express.js와 node-cache를 사용하여 간단한 메모리 캐싱을 구현한 예제입니다.

        const express = require('express');
const NodeCache = require('node-cache');
const app = express();
const port = 3000;

// 메모리 캐시 초기화
const cache = new NodeCache();

// 데이터베이스 역할을 하는 가짜 API
const getDataFromDb = (key) => {
    return { data: `이 데이터는 DB에서 온 것입니다: ${key}` };
};

// 캐싱 미들웨어
const cacheMiddleware = (req, res, next) => {
    const { key } = req.params;
    const cachedData = cache.get(key);

    if (cachedData) {
        return res.json({ source: 'cache', data: cachedData });
    } else {
        next();
    }
};

// API 엔드포인트
app.get('/data/:key', cacheMiddleware, (req, res) => {
    const { key } = req.params;
    const dataFromDb = getDataFromDb(key);
    
    // 메모리에 캐시 저장
    cache.set(key, dataFromDb.data, 600); // 600초 동안 저장
    res.json({ source: 'db', data: dataFromDb.data });
});

app.listen(port, () => {
    console.log(`서버가 ${port} 포트에서 실행 중입니다.`);
});

위의 예제에서 메모리 캐시를 사용하여 DB에서 온 데이터를 클라이언트에게 반환합니다. 만약 요청된 데이터가 캐시에 존재한다면, 데이터베이스를 호출하지 않고 캐시된 데이터를 반환합니다. 이를 통해 응답 시간을 현저히 줄일 수 있습니다.

3. Redis 캐시

Redis는 인메모리 키-값 데이터 저장소로, 분산 시스템을 지원하며 퍼시스턴스 기능을 갖춘 고성능 캐시 솔루션입니다. Redis는 메모리 캐시보다 더 많은 데이터 용량을 지원하고 데이터 복제를 통해 고가용성을 제공합니다. Redis를 사용하기 위해서는 먼저 Redis 서버를 설치하고 `redis` 클라이언트 라이브러리를 설치해야 합니다.

3.1. Redis 설치

Redis는 다양한 플랫폼에서 설치할 수 있으며, Docker를 이용한 설치 방법이 가장 편리합니다. 간단한 명령어로 Redis 서버를 실행할 수 있습니다.

        docker run --name redis -d -p 6379:6379 redis

3.2. Redis 클라이언트 설치

        npm install redis

3.3. Redis 캐시 구현 예제

다음은 Express.js와 Redis를 사용하여 캐싱을 구현한 예제입니다.

        const express = require('express');
const redis = require('redis');
const app = express();
const port = 3000;

// Redis 클라이언트 초기화
const client = redis.createClient();

client.on('error', (err) => {
    console.error('Redis 연결 오류:', err);
});

// 데이터베이스 역할을 하는 가짜 API
const getDataFromDb = (key) => {
    return { data: `이 데이터는 DB에서 온 것입니다: ${key}` };
};

// 캐싱 미들웨어
const cacheMiddleware = (req, res, next) => {
    const { key } = req.params;

    client.get(key, (err, cachedData) => {
        if (err) throw err;

        if (cachedData) {
            return res.json({ source: 'cache', data: JSON.parse(cachedData) });
        } else {
            next();
        }
    });
};

// API 엔드포인트
app.get('/data/:key', cacheMiddleware, (req, res) => {
    const { key } = req.params;
    const dataFromDb = getDataFromDb(key);

    // Redis에 캐시 저장
    client.setex(key, 600, JSON.stringify(dataFromDb.data)); // 600초 동안 저장
    res.json({ source: 'db', data: dataFromDb.data });
});

app.listen(port, () => {
    console.log(`서버가 ${port} 포트에서 실행 중입니다.`);
});

위의 예제에서 Redis 캐시를 사용하여 DB에서 온 데이터를 클라이언트에게 반환합니다. Redis가 설치된 상태에서 Redis 클라이언트를 초기화하고, 요청된 데이터가 Redis 캐시에 존재하는지를 확인합니다. 캐재된 데이터가 존재한다면 데이터베이스를 호출하지 않고 캐시에서 데이터를 반환합니다. 이 방식은 메모리 캐시보다 보다 유연하고 분산되어 있는 솔루션을 제공합니다.

4. 캐싱 전략 결정하기

적절한 캐싱 전략을 결정하기 위해서는 애플리케이션의 요구 사항, 데이터의 성격, 사용자 트래픽 패턴 등을 고려해야 합니다. 일반적으로 다음과 같은 기준들을 고려할 수 있습니다:

데이터의 변동성: 변경이 잦은 데이터는 캐시하기에 적합하지 않을 수 있습니다. 반면, 자주 조회되는 데이터는 캐싱할 때 큰 효과를 볼 수 있습니다.
사용 빈도: 사용자들에 의해 자주 요청되는 데이터에 대해 캐싱을 적용해야 합니다.
응답 시간: 실시간 처리해야 하는 데이터는 캐시를 사용하기보다는 DB에서 직접 가져오는 것이 더 효율적일 수 있습니다.

5. 결론

캐싱은 웹 애플리케이션 성능을 크게 향상시킬 수 있는 중요한 기술입니다. Express.js와 Redis, 메모리 캐시를 활용한 예제를 통해 이러한 캐싱 전략을 구현해 보았습니다. 애플리케이션의 요구 사항에 맞는 치밀한 캐싱 전략을 수립함으로써, 성능과 사용자 경험을 모두 만족할 수 있는 웹 서비스를 구축할 수 있을 것입니다.

6. 추가 자료

– Express.js 공식 문서
– Redis 공식 문서
– node-cache npm 페이지
– redis npm 페이지