[Database] Express/NodeJS 에서 Redis 사용하기

 

✨ Redis 란? 

Remote Dictionary Server (DB) 이며, In-memory Data structure Store 로, 메모리 상에 데이터를 저장한다. 다양한 자료 구조를 저장하지만, 기본적으로 모든 데이터는 Key-Value 쌍을 이루기 때문에 NoSQL DB 로 활용된다. 디스크에 데이터를 저장해 속도가 느린 RDBMS 등의 DBMS 보다 활용도가 높은 케이스가 종종 있는데, 그 대표적인 예가 캐시 (Cache) 이다.

 

클라이언트에서 서버에게 데이터를 달라는 요청을 보내면 서버는 데이터베이스에서 데이터를 얻어오게 되는데, 동일한 요청이 여러 번 올 경우 계속 데이터베이스에서 같은 데이터를 찾는다. 이는 상당히 비효율적이며, 데이터의 크기에 따라 응답 속도가 계속 지연될 수 있기 때문에 클라이언트에게 좋지 않은 사용 경험을 줄 수 있다. 

 

이 때, 요청 결과를 미리 저장해두었다가 동일한 데이터를 얻고자 하는 요청이 들어오면 저장한 결과를 바로 줄 수 있도록 하는 것이 "캐시" 다. 캐시는 자주 바뀌지 않지만 자주 접근되며, 사용자에게 빠르게 전달되어야 한다는 특징을 가지고 있기 때문에 SSD 등의 Storage 가 아닌 Main memory 에 저장된다. Redis 역시 서버에 캐시를 저장할 수 있도록 하는 in memory 중 하나이다. 

 

✨ Redis 에서 지원하는 자료 구조

• String
• List
• Set
• Sorted Set
• Hash (Object)
• Etc..

 

✨ Redis 와 캐시 서버 

3-tier 아키텍쳐에서는 기본적으로 클라이언트와 서버, 데이터베이스간의 통신이 이루어진다. 클라이언트가 서버에게 요청을 보내면 서버가 데이터베이스에서 데이터를 얻어와 클라이언트에게 응답하는 구조를 띠는데, 이 때 Redis 를 활용하면 응답 속도를 현저히 낮출 수 있다.

다음 작업을 통해 이 내용의 의미를 명확히 하고자 한다. 

 

1. Redis 설치 및 실행하기  (MacOS)

 

Redis 설치 링크를 참고하여 로컬호스트에 설치를 진행한다. 

$ wget https://download.redis.io/releases/redis-6.2.4.tar.gz
$ tar xzf redis-6.2.4.tar.gz
$ cd redis-6.2.4
$ make
$ redis-server
$ redis-cli

redis-server 명령어를 통해 서버를 실행하고, redis-cli 명령어를 통해 redis 서버에 접속할 수 있다. 접속 후 cli 창이 다음과 같다면 성공이다.

 

( 이 때 컴퓨터를 재부팅하게 될 경우, redis-cli 입력 전 터미널에 redis-server 명령어를 꼭 먼저 입력해주어야 서버가 실행된다. 그렇지 않을 경우 Could not connect to Redis at 127.0.0.1:6379: Connection refused 와 같은 에러를 만나게 된다.)

 

2. ExpressJs 서버와 Redis 서버 연결하기 

 

Redis 캐시 서버를 활용하려면 작동하는 서버 하나를 먼저 구성해야 한다. 이를 위해 Express 모듈을 활용해 서버를 만든다. 

 

const express = require('express');
const axios = require('axios');
const cors = require('cors');

const app = express()
app.use(cors())

app.listen(3001, () => console.log('Listening on port 3001'))

 

Redis 서버와 연결하기 위해 redis 모듈을 설치한다.

 

 

$ npm i redis

 

만들어 놓은 서버와 Redis 서버를 연결한다. 

 

const express = require('express');
const axios = require('axios');
const cors = require('cors');
const Redis = require('redis'); // Redis 모듈 불러오기

const redisClient = new Redis.createClient(); 
const DEFAULT_EXPIRATION = 3600 //seconds 

const app = express()
app.use(cors())

app.listen(3001, () => console.log('Listening on port 3001'))

 

createClient() 메서드는 새로운 RedisClient 객체를 생성하는데, redis 서버와 express 서버가 같은 호스트에서 돌아가고 있다면 createClient() 에 별도의 설정을 해 주지 않아도 된다. 만약 호스트가 다르다면 호스트 url, 포트 번호 등의 설정을 추가해주어야 한다. 

 

여기까지 왔다면 redisClient 객체를 통해 redis 서버에 쿼리를 날릴 수 있게 된다. 지금부터 본격적으로 redis 서버가 어떻게 캐싱을 하게 되는지 보자. 

 

3. DB 를 얻어오기 전, Redis 서버에서 캐시를 먼저 확인하기 

 

클라이언트에서 서버에 "photos 데이터를 보내달라" 는 요청을 보낼 경우, 일반적으로 서버는 데이터베이스 (또는 api) 에 요청에 맞는 결과를 반환한다. 이를 위한 코드와 응답에 걸리는 시간은 다음과 같다. 

 

// get all photos from api
app.get('/photos', async(req, res) => {
    const albumId = req.query.albumId
    const {data} = await axios.get(
        'https://jsonplaceholder.typicode.com/photos',
        {params : {albumId}},
        )
    res.json(data)
})

3.25 초라니 

 

보이다시피 코드가 작동하는 데는 문제가 없겠지만, '/photos' path 로 요청이 올 때마다 데이터베이스에 동일한 요청을 보내게 될 것이며, 매번 3.25 초에 달하는 응답 시간이 걸릴 것이다. 따라서 최초 요청 시 데이터를 redis 서버에 캐싱해 두었다가 다음에 동일한 요청이 들어올 경우 캐시를 반환하면 응답 시간이 줄게 된다. 

 

이를 위한 코드는 다음과 같다.

 

// check if redis server has data, if not get from api, store in redis and return
app.get('/photos', async(req, res) => {
    const albumId = req.query.albumId
    redisClient.get('photos', async (err, data) => { // check data from redis server 
        if (err) console.error(error)
        if (data) {
            res.json(JSON.parse(data)) // cache hit
        } else {  // cache miss 
            const {data} = await axios.get(
                'https://jsonplaceholder.typicode.com/photos',
                {params : {albumId}},
                )
            redisClient.setex('photos', DEFAULT_EXPIRATION, JSON.stringify(data)) // set with an expiration time (or can use other redis expressions
            // redis can only store strings, so we need to convert the data to a string        
            res.json(data)
        }
    })

 

위 코드의 로직을 세부적으로 살펴보자. 

 

우선, '/photos' 로 요청이 들어오면 redisClient 객체를 통해 redis 서버에 해당 데이터가 캐싱되어 있는지 확인한다. get 메서드는 첫 번째 인자로 key 값을 받아들이고, 두 번째 인자로 콜백 함수를 전달받는다. 이 경우 'photos' 로 저장되어 있는 Value 가 있는지 확인하고, 캐시값이 존재한다면 (Cache hit) 해당 데이터를 반환한다.

 

'photos' 로 저장되어 있는 value 가 없다면 (Cache miss), DB 에서 받아와 우선 redis 에 캐싱한다. 이를 위해 사용하는 메서드가 setex 로, 데이터를 저장할 key 값과 유효시간, 저장할 value 값을 전달인자로 받는다. 캐싱한 이후 데이터를 클라이언트에 반환한다.

 

앞서 이미 데이터가 캐싱되었으므로, 두 번째 요청에 걸리는 응닶 시간은 22 ms (millisecond) 이다. 첫 번째 요청 때 3.5 초가 걸렸던 것을 생각하면 매우 큰 발전이다.  

 

캐싱의 위력

 

4. session-store 와 함께 활용하기

 

Redis 를 유용하게 활용할 수 있는 경우 또 하나는 session 이다. http 는 기본적으로 무상태성 (stateless) 을 띠는데, 유저의 세션 정보를 유지하기 위한 수단으로 세션 또는 토큰을 활용하곤 한다. 세션을 사용할 때 세션 정보는 기본적으로 서버의 메모리에 에 저장되는데, 서버가 꺼지면 세션 데이터가 다 날아가게 된다. redis 서버를 사용하여 세션관리를 하면 서버가 꺼져도 데이터가 유지되며, 복수 서버 환경에서도  세션을 공유할 수 있게 된다. 

앞서 생성했던 redisClient 객체를 session 의 저장소로 지정해주면 session store 와 Redis 를 함께 사용할 수 있다.

 

const session = require('express-session')
let RedisStore = require('connect-redis')(session)

// use redis for session store 
app.use(session({
    secret: "secret",
    saveUninitialized: false,
    resave: false,
    store: new RedisStore(redisClient)
}))

 

 

✨ 마무리

Redis 는 잘 활용하면 애플리케이션의 속도와 성능을 크게 증가시키는 역할을 할 수 있다. 물론 그러기 위해 in-memory 와 disk 의 차이, RAM 데이터의 휘발성 이슈 등을 사전에 잘 알아두어야 할 것이다. 

 

 

✨ 참고 자료

What is Redis and What Does It Do?

Redis Crash Course

Redis 기본 정리