Redis 주니어 시스템 설계 면접

Redis Sentinel은 고가용성(HA)을 위한 솔루션으로, 마스터 노드 장애 시 자동으로 슬레이브를 마스터로 승격시키는 자동 페일오버 기능을 제공합니다. Redis Cluster는 데이터를 여러 노드에 분산 저장하여 수평 확장(Scale-out)을 가능하게 하며, 16384개의 해시 슬롯을 사용해 키를 자동으로 샤딩합니다. Sentinel은 가용성 문제를, Cluster는 용량과 처리량 문제를 해결합니다. 실무에서는 두 가지를 함께 사용하여 고가용성과 확장성을 동시에 확보하기도 합니다.

가장 간단한 방법은 String 타입과 INCR, EXPIRE 명령어를 사용하는 것입니다. 키를 'rate_limit:user_id:분단위_타임스탬프' 형식으로 만들고, 요청마다 INCR로 카운트를 증가시키며, 첫 요청 시 EXPIRE로 60초 TTL을 설정합니다. 더 정교한 방법으로는 Sorted Set을 사용해 타임스탬프를 score로 저장하고, ZREMRANGEBYSCORE로 1분 이전 데이터를 삭제한 후 ZCARD로 현재 카운트를 확인하는 Sliding Window 방식이 있습니다. 이 방식은 분 경계에서 발생하는 버스트 트래픽 문제를 해결할 수 있습니다.

분산 락 구현 시 SETNX(SET if Not eXists)와 EXPIRE를 원자적으로 실행하기 위해 SET 명령어의 NX와 EX 옵션을 함께 사용해야 합니다. 예를 들어 'SET lock:product:123 unique_value NX EX 10' 형태로 락을 획득하며, 락 해제 시에는 자신이 설정한 값인지 확인 후 삭제해야 합니다. 고려사항으로는 락 타임아웃 설정(데드락 방지), 고유한 락 식별자 사용(다른 프로세스의 락 해제 방지), 락 획득 실패 시 재시도 로직, 그리고 프로세스가 비정상 종료되어도 락이 자동 해제되도록 TTL 설정이 필요합니다. 더 안정적인 구현을 위해서는 Redlock 알고리즘이나 Redisson 같은 라이브러리 사용을 고려할 수 있습니다.

Sorted Set 데이터 타입이 리더보드 구현에 최적입니다. ZADD 명령어로 사용자 ID를 멤버로, 점수를 score로 저장하며, 점수 업데이트도 동일한 명령어로 처리됩니다. 상위 100명 조회는 ZREVRANGE 명령어를 사용하고, 특정 사용자의 순위는 ZREVRANK로 O(log N) 시간복잡도로 조회 가능합니다. 점수가 같을 경우 사전순 정렬을 위해 멤버 이름을 조정하거나, 시간 정보를 점수에 포함시킬 수 있습니다. Sorted Set은 내부적으로 Skip List와 Hash Table을 함께 사용하여 빠른 삽입, 삭제, 범위 조회를 지원합니다.

Write Behind(Write Back) 패턴은 데이터를 먼저 캐시에 쓰고 비동기적으로 DB에 반영하는 방식으로, 쓰기 성능이 뛰어나지만 캐시 장애 시 데이터 유실 위험이 있습니다. Write Invalidation 패턴은 데이터 업데이트 시 캐시를 삭제만 하고, 다음 읽기 요청 시 DB에서 새로 조회하여 캐시에 저장하는 방식입니다. Write Invalidation은 구현이 간단하고 데이터 정합성이 보장되지만, 캐시 미스가 발생하여 첫 요청이 느릴 수 있습니다. 전자상거래처럼 데이터 정합성이 중요한 경우 Write Invalidation이 더 안전하며, 필요시 Cache Aside 패턴과 함께 사용하여 읽기 성능을 최적화할 수 있습니다.