STOMP 기반 WebSocket 채팅 서비스에서 연결 관리 및 서버 자원 효율성 개선을 통한 성능 최적화

[junseoparkk]

목차

1️⃣ 필요 개념

1. Protocol

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1️⃣ 필요 개념

Protocol

1) TCP

개념

TCP(Transmission Control Protocol) : 전송 제어 프로토콜로, OSI 모형의 4번째 계층인 전송 계층 에서 사용하는 규약. TCP/IP 라고도 불림

• 네트워크 정보 전달을 통제하는 프로토콜, 인터넷을 이루는 핵심 프로토콜 중 하나
• 국제 인터넷 표준화 기구(IETF)의 RFC 793에 기술되어 있음
• 컴퓨터 프로그램 간 일련의 옥텟을 안정적으로, 순서대로, 에러 없이 교환할 수 있게 함
• iP의 한계 (비연결성, 비신뢰성 둥) 를 해결

특징

1. 3-way handshake (가상 연결)

   • 데이터 전송 전 신뢰성 있는 전송을 보장하기 위해 통신 대상인 호스트와 사전에 세션을 수립하는 과정
   • 과정
     • 클라이언트 -> 서버 : 수신 측 컴퓨터에 연결 확립 허가를 받기 위해 SYN 패킷 전송
     • 서버 -> 클라이언트 : 요청을 받고, 허가 응답 회신을 위해 연결 확립 응답인 ACK 패킷 전송
     • 클라이언트 -> 서버 : 요청을 받고. 연결 확립 응답인 ACK 패킷 전송 (TCP 연결 완료)

2. 데이터 전달 보장

   • 메시지에 TCP 프로토콜이 포함되어 있다면, 메시지 전송시 데이터 전달을 보장할 수 있음

3. 순서 보장

   • TCP 정보 내부에 전송 제어, 순서, 검증 정보 등이 있어 데이터의 순서를 보장할 수 있음

실시간 통신에서 TCP vs HTTP

• TCP 통신은 Handshake과정을 통해 서로 통신 가능한 상태임을 인증한 뒤 통신하는 연결지향적 양방향 통신
  • 주로 실시간성이 필요한 상황에서 사용되며, 양방향성인 경우 적합
  • 서버에 소켓 연결을 통해 언제든 통신을 주고받을 수 있지만, 클라이언트가 많아질수록 서버에 부담이 감
• HTTP 통신도 기본적으로 TCP 위에서 작동이 되지만, 비연결지향적인 단방향 통신 이므로 실시간 통신에는 적합하지 않음
  • HTTP 통신은 주로 클라이언트-서버 구조에서 요청에 대한 응답을 보내는 방식
  • 실시간 통신을 위해 polling, long polling 등 방법이 있지만, 한계가 있음
  • 따라서 실시간이 아닌, 요청에 응답하는 단방향성인 경우 적합

2) WebSocket

3) STOMP

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시나리오

1. WebSocket 연결 불안정

• 유휴 상태로 오래 유지된 WebSocket 연결이 서버 자원을 지속적으로 소비, 새 사용자들이 WebSocket 연결을 맺지 못하는 상황 발생
• 세션 관리 및 유휴 연결 종료
  • WebSocket 서버에서 타임아웃과 핑/퐁 메시지를 사용해 유휴 연결을 자동으로 종료하여 자원 낭비를 방지
• 커넥션 풀링
  • 클라이언트에서 다수의 WebSocket 연결을 재사용하도록 하여, 서버 자원 사용을 최적화
• WebSocket 클러스터링 및 로드 밸런싱
  • 여러 서버로 WebSocket 트래픽을 분산시켜 서버 부하를 줄이고 안정성을 높임
    
    
    

2. 서버 자원 소진

• 서버의 CPU와 메모리 사용량 급증, 가비지 컬렉션의 빈번한 발생으로 서버 성능 저하와 일시적 다운 현상 발생
• JVM 튜닝 및 가비지 컬렉션 최적화
  • 힙 메모리 크기 조정과 최신 GC 알고리즘 사용으로 메모리 관리 효율을 극대화
• 서버 측 캐싱 전략 도입
  • Redis와 애플리케이션 레벨 캐싱을 통해 서버 부하를 줄이고 응답 속도를 높임
• 서버 리소스 제한 및 모니터링
  • 각 WebSocket 연결에 리소스 사용을 제한하고, 서버 상태를 모니터링 및 오토스케일링하여 자원 소모를 관리