Node.js 애플리케이션이 성장함에 따라 더 나은 성능과 확장성에 대한 요구도 증가합니다. Node.js는 대규모의 데이터 집약적 애플리케이션을 처리하도록 설계되었지만 로드 시 성능과 가용성을 유지하려면 이를 적절하게 확장하는 방법을 이해하는 것이 중요합니다. 이 글에서는 Node.js 애플리케이션을 효과적으로 확장하기 위한 핵심 기술과 도구를 다룰 것입니다.

Node.js 애플리케이션을 확장하는 이유는 무엇입니까?

확장이란 사용자 기반 증가, 데이터 증가, 트래픽 증가로 인해 증가하는 로드를 처리할 수 있는 애플리케이션의 능력을 의미합니다. 확장하지 않으면 애플리케이션의 성능 저하, 가동 중지 시간 및 리소스 비효율성이 발생할 수 있습니다.

두 가지 유형의 스케일링

1. 수직적 확장: 단일 서버에 더 많은 성능(CPU, RAM)을 추가합니다. 이로 인해 서버 용량이 늘어나지만 물리적인 한계가 있습니다.

2. 수평 확장: 부하를 분산하기 위해 더 많은 서버를 추가하는 것을 일반적으로 "확장"이라고 합니다. 이 방법은 더 유연하며 대규모 시스템에 자주 사용됩니다.

Node.js 애플리케이션 확장을 위한 주요 기술

1. 로드 밸런싱

로드 밸런싱은 들어오는 트래픽을 여러 서버에 분산하여 단일 서버가 과부하되지 않도록 하는 방법입니다. 이는 Node.js 애플리케이션의 여러 인스턴스가 실행되는 수평적 확장에서 특히 중요합니다.

예: 로드 밸런싱을 위해 NGINX 사용

http {
    upstream node_servers {
        server 127.0.0.1:3000;
        server 127.0.0.1:3001;
        server 127.0.0.1:3002;
    }

    server {
        listen 80;
        location / {
            proxy_pass http://node_servers;
        }
    }
}

설명:

• 업스트림 블록은 여러 Node.js 인스턴스를 정의합니다.
• 들어오는 요청은 인스턴스 간에 분산되어 성능이 향상됩니다.

2. 클러스터링

Node.js는 단일 스레드이지만 클러스터 모듈을 사용하면 동일한 서버 포트를 공유하는 하위 프로세스를 생성하여 여러 CPU 코어를 활용할 수 있습니다.

예: 클러스터 모듈 사용

const cluster = require('cluster');
const http = require('http');
const numCPUs = require('os').cpus().length;

if (cluster.isMaster) {
    // Fork workers.
    for (let i = 0; i  {
        console.log(`Worker ${worker.process.pid} died`);
    });
} else {
    // Workers can share the same port
    http.createServer((req, res) => {
        res.writeHead(200);
        res.end('Hello World');
    }).listen(8000);
}

설명:

• 마스터 프로세스는 CPU 코어 수와 동일한 작업자 프로세스를 생성합니다.
• 각 작업자는 들어오는 요청을 처리하여 로드를 효율적으로 분산합니다.

3. 캐싱

캐싱은 자주 요청되는 데이터를 데이터베이스에서 다시 가져오거나 결과를 다시 계산하는 대신 메모리에 저장하여 응답 시간을 개선하고 로드를 줄이는 데 도움이 됩니다.

예: 캐싱에 Redis 사용

const redis = require('redis');
const client = redis.createClient();

function cacheMiddleware(req, res, next) {
    const key = req.url;
    client.get(key, (err, data) => {
        if (err) throw err;
        if (data !== null) {
            res.send(data);
        } else {
            next();
        }
    });
}

app.get('/data', cacheMiddleware, (req, res) => {
    const data = getDataFromDatabase();
    client.setex(req.url, 3600, JSON.stringify(data));
    res.json(data);
});

설명:

• 미들웨어는 데이터베이스 호출을 하기 전에 Redis에서 캐시된 데이터를 확인합니다.
• 데이터가 캐시되지 않은 경우 계속해서 데이터를 가져와서 캐시한 후 응답을 보냅니다.

4. 상태 비저장 마이크로서비스

모놀리식 Node.js 애플리케이션을 상태 비저장 마이크로서비스로 분리하면 각 서비스를 독립적으로 확장할 수 있습니다. 이렇게 하면 애플리케이션의 한 부분(예: 사용자 인증)을 확장해도 다른 부분(예: 결제 처리)에 영향을 미치지 않습니다.

예: 마이크로서비스 아키텍처

• 각 마이크로서비스(인증, 제품 카탈로그, 주문 관리)는 독립적으로 배포됩니다.
• API 게이트웨이 또는 서비스 메시가 올바른 마이크로서비스에 대한 라우팅 요청을 처리합니다.

5. 역방향 프록시 사용

역방향 프록시 서버는 로드 밸런싱, SSL 종료, 정적 콘텐츠 제공과 같은 다양한 작업을 처리하여 Node.js 서버의 로드를 줄일 수 있습니다.

예: NGINX를 사용하여 정적 콘텐츠 제공

server {
    listen 80;

    location / {
        proxy_pass http://localhost:3000;
    }

    location /static/ {
        root /var/www/html;
    }
}

설명:

• NGINX는 동적 요청을 Node.js로 프록시하고 서버에서 직접 정적 파일(CSS, JS, 이미지)을 제공하는 데 사용됩니다.

Node.js 애플리케이션 확장을 위한 도구

1.PM2

PM2는 클러스터링, 자동 재시작, 로드 밸런싱 및 프로세스 모니터링을 지원하는 Node.js 애플리케이션을 위한 프로덕션용 프로세스 관리자입니다.

예: PM2를 사용하여 애플리케이션 확장

# Start the application with cluster mode and 4 instances
pm2 start app.js -i 4

설명:

• PM2는 애플리케이션의 여러 인스턴스를 관리하여 자동 로드 밸런싱 및 프로세스 모니터링을 제공합니다.

2. 도커와 쿠버네티스

Docker를 사용하여 애플리케이션을 컨테이너화하고 Kubernetes에 배포하면 여러 서버에 걸쳐 Node.js 애플리케이션을 쉽게 확장할 수 있습니다. Kubernetes는 오케스트레이션, 로드 밸런싱, 확장을 자동으로 처리합니다.

예: Node.js 애플리케이션 Docker화

# Dockerfile
FROM node:14
WORKDIR /app
COPY package*.json ./
RUN npm install
COPY . .
EXPOSE 3000
CMD ["node", "app.js"]

Node.js 애플리케이션 확장을 위한 모범 사례

1. 성능 모니터링: New Relic, Datadog 또는 Prometheus와 같은 도구를 사용하여 성능 지표를 추적하고 병목 현상을 식별합니다.
2. 비동기 프로그래밍 사용: Node.js는 I/O 작업과 같은 작업이 비동기적으로 처리될 때 가장 잘 수행됩니다. 이벤트 루프를 차단하지 마세요.
3. 데이터베이스 쿼리 최적화: 연결 풀링, 인덱스 및 캐싱을 사용하여 데이터베이스 부하를 줄입니다.
4. 수직 확장에 대한 수평 확장: 수평 확장(더 많은 서버 추가)은 수직 확장(서버 리소스 증가)보다 더 많은 유연성과 내결함성을 제공합니다.
5. 서비스를 상태 없는 상태로 유지: 상태 없는 서비스는 요청 간 메모리 상태에 의존하지 않기 때문에 확장하기가 더 쉽습니다. 세션 관리를 위해 Redis 또는 데이터베이스와 같은 외부 시스템을 사용하세요.

결론

Node.js 애플리케이션 확장은 애플리케이션이 성장함에 따라 성능을 유지하는 데 필수적입니다. PM2, Docker, Kubernetes 등의 도구와 함께 로드 밸런싱, 클러스터링, 캐싱, 상태 비저장 마이크로서비스 등의 기술을 활용하면 Node.js 애플리케이션을 효율적으로 확장할 수 있습니다. 이러한 전략을 구현하면 애플리케이션이 속도나 안정성을 저하시키지 않고 증가된 트래픽과 대규모 데이터 세트를 처리할 수 있습니다.