[System Design Interview] 11장. 뉴스 피드 시스템 설계

뉴스 피드란?

홈 페이지 중앙에 지속적으로 업데이트되는 스토리들고, 사용자 상태 정보 업데이트, 사진, 비디오, 링크, 앱 활동, 페이스북에서 팔로하는 사람들, 페이지, 또는 그룹으로부터 나오는 "좋아요"등을 포함한다.

1단계 문제 이해 및 설계 범위 확정

요구사항

• 모바일 앱과 웹 둘다 지원가능해야 한다.
• 중요 기능
  • 새로운 스토리를 올릴 수 있는 기능
  • 친구들이 올리는 스토리를 볼 수 있는 기능
• 스토리는 시간 흐룸 역순으로 표시되야 한다.
• 한 명의 사용자는 최대 5000명의 친구를 가질 수 있다.
• 트래픽 규모는 매일 천만 명이 방문한다고 가정한다.
• 스토리에는 이미지나 비디오등의 미디어 파일이 포함될 수 있다.

2단계 개력적 설계안 제시 및 동의 구하기

설계안

• 피드 발행 : 사용자가 스토리를 포스팅하면 해당 데이터를 캐시와 데이터베이스에 기록한다. 새 포스팅은 친구의 뉴스 피드에도 발송된다.
• 뉴스 피드 생성 : 뉴스 피드는 모든 친구의 포스팅을 시간 흐름 역순으로 모아서 만든다고 가정한다.

뉴스 피드 API

• 뉴스 피드 API는 클라이언트가 서버와 통신하기 위해 사용하는 수단이다.
• HTTP 프로토콜 기반이다.
• 상태 정보를 업데이트 하거나, 뉴스 피드를 가져오거나, 친구를 추가하는 등의 다양한 작업을 수행하는 데 사용한다.

피드 발행 API

• 새 스토리를 포스팅하기 위한 API다.
• HTTP POST 형태로 요청을 보내면 된다.

POST /v1/me/feed

인자:
- 바디 : 포스팅 내용에 해당한다.
- Authorization 헤더 : API 호출을 인증하기 위해 사용한다.

피드 읽기 API

• 뉴스 피드를 가져오는 API다.

GET /v1/me/feed

인자:
- Authorization 헤더 : API 호출을 인증하기 위해 사용한다.

피드 발행

• 사용자 : 모바일 앱이나 브라우저에서 새 포스팅을 올리는 주체다. POST /v1/me/feed API를 사용한다.
• 로드밸런서 : 트래픽을 웹 서버들로 분산한다.
• 웹 서버 : HTTP 요청을 내부 서비스로 중계하는 역할을 담당한다.
• 포스팅 저장 서비스 : 새 포스팅을 데이터베이스와 캐시에 저장한다.
• 포스팅 전송 서비스 : 새 포스팅을 친구의 뉴스 피드에 푸시한다. 뉴스 피드 데이터는 캐시에 보관하여 빠르게 읽어갈 수 있도록 한다.
• 알림 서비스 : 친구들에게 새 포스팅이 올라왔음을 알리거나, 푸시 알림을 보내는 역할을 담당한다.

뉴스 피드 생성

• 사용자 : 뉴스 피드를 읽는 주체다. GET /v1/me/feed API를 이용한다.
• 로드 밸런서 : 트래픽을 웹 서버들로 분산한다.
• 웹 서버 : 트래픽을 뉴스 피드 서비스로 보낸다.
• 뉴스 피드 서비스 : 캐시에서 뉴스 피드를 가져오는 서비스다.
• 뉴스 피드 캐시 : 뉴스 피드를 렌더링할 때 필요한 피드 ID를 보관한다.

3단계 상세 설계

피드 발행 흐름 상세 설계

웹 서버

• 웹 서버는 클라이언트와 통신할 뿐 아니라 인증이나 처리율 제한 등의 기능도 수행한다.
• 올바른 인증 토큰을 Authorization 헤더에 넣고 API를 호출하는 사용자만 포스팅을 할 수 있어야 한다.
• 스팸을 막고 유해한 콘텐츠가 자주 올라오는 것을 방지하기 위해서 틍정 기간 동안 한 사용자가 올릴 수 있는 포스팅의 수에 제한을 두어야 한다.

포스팅 전송(팬아웃) 서비스

• 포스팅 전송(팬아웃) : 어떤 사용자의 새 포스팅을 그 사용자와 친구 관계에 있는 모든 사용자에게 전달하는 과정이다.
• 팬아웃에는 "쓰기 시점에 팬아웃", "읽기 시점에 팬아웃" 두 가지 모델이 있다.

쓰기 시점에 팬아웃하는 모델

• 새로운 포스팅을 기록하는 시점에 뉴스 피드를 갱신하게 된다.
• 포스팅이 완료되면 바로 해당 사용자의 캐시에 해당 포스팅을 기록하는 것이다.

장점

• 뉴스 피드가 실시간으로 갱신되며 친구 목록에 있는 사용자에게 즉시 전송된다.
• 새 포스팅이 기록되는 순간에 뉴스 피드가 이미 갱신되므로 뉴스 피드를 읽는 데 드는 시간이 짧아진다.

단점

• 친구가 많은 사용자의 경우 친구 목록을 가져오고 그 목록에 있는 사용자 모두의 뉴스 피드를 갱신하는 데 많은 시간이 소요될 수도 있다. (핫키 문제)
• 서비스를 자주 이용하지 않는 사용자의 피드까지 갱신해야 하므로 컴퓨팅 자원이 낭비된다.

읽기 시점에 팬아웃하는 모델

• 피드를 읽어야 하는 시점에 뉴스 피드를 갱신한다. 요청 기반 모델이다.
• 사용자가 본인 홈페이지나 타임 라인을 로딩하는 시점에 새로운 포스트를 가져오게 된다.

장점

• 비활성화된 사용자, 또는 서비스에 거의 로그인하지 않는 사용자의 경우에는 이 모델이 유리하다.
• 로그인하기까지 어떤 컴퓨팅 자원도 소모하지 않아서다.

단점

• 뉴스 피드를 읽는 데 많은 시간이 소요될 수 있다.

 

설계안에서 채택한 팬아웃 방식

• 쓰기 시점에 팬아웃하는 모델과 읽기 시점에 팬아웃하는 모델을 결합하여 장점은 취하고 단점은 버리는 전략을 취한다.
• 뉴스 피드를 빠르게 가져올 수 있도록 하는 것은 아주 중요하므로 대부분의 사용자에 대해서는 푸시 모델을 사용한다.
• 친구나 팔로어가 아주 많은 사용자에 대해서는 팔로어로 하여금 해당 사용자의 포스팅을 필요할 때 가져가도록 하는 풀 모델을 사용하여 시스템 과부하를 방지할 것이다.
• 안정 해시를 통해 요청과 데이터를 보다 고르게 분산하여 핫키 문제를 줄여볼 것이다.

팬아웃 서비스 동작 방식

1. 그래프 데이터베이스에서 친구 ID 목록을 가져온다.
2. 사용자 정보 캐시에서 친구들의 정보를 가져온다. 그런 후에 사용자 설정에 따라 친구 가운데 일부를 걸러낸다.
3. 친구 목록과 새 스토리의 포스팅 ID를 메시지 큐에 넣는다.
4. 팬아웃 작업 서버가 메시지 큐에서 데이터를 꺼내어 뉴스 피드 데이터를 뉴스 피드 캐시에 넣는다.
   1. 뉴스 피드 캐시는 <포스팅 ID, 사용자 ID> 의 순서쌍을 보관하는 매핑 테이블이다.
   2. 새로운 포스팅이 만들어질 때마다 캐시에 레코드들이 추가될 것이다.
   3. 사용자 정보와 포스팅 정보 전부를 캐시에 저장하지 않는 이유는, 그렇게 하면 메모리 요구량이 지나치게 늘어날 수 있기 때문이다. 따라서 ID만 보관한다.
   4. 또한 메모리 크기를 적정 수준으로 유지하기 위해서, 이 캐시의 크기에 제한을 두며, 해당 값은 조정이 가능하도록 한다.
   5. 어떤 사용자가 뉴스 피드에 올라온 수천 개의 스토리를 전부 훑어보는 일이 벌어질 확률은 지극히 낮다. 대부분의 사용자가 보려 하는 것은 최신 스토리다. 따라서 캐시 미스가 일어날 확률은 지극히 낮다.

피드 읽기 흐름 상세 설계

figure 11-7은 뉴스 피드를 읽는 과정 전반의 상세 설계안이다.

1. 사용자가 뉴스 피드를 읽으려는 요청을 보낸다. 요청은 /v1/me/feed로 전송될 것이다.
2. 로드밸런서가 요청을 웹 서버 가운데 하나로 보낸다.
3. 웹 서버는 피드를 가져오기 위해 뉴스 피드 서비스를 호출한다.
4. 뉴스 피드 서비스는 뉴스 피드 캐시에서 포스팅 ID 목록을 가져온다.
5. 뉴스 피드에 표시할 사용자 이름, 사용자 사진, 포스팅 콘텐츠, 이미지 등을 사용자 캐시와 포스팅 캐시에서 가져와 완전한 뉴스 피드를 만든다.
6. 생성된 뉴스 피드를 JSON 형태로 클라이언트에게 보낸다. 클라이언트는 해당 피드를 렌더링한다.

캐시 구조

• 캐시는 뉴스 피드 시스템의 핵심 컴포넌트다.
• figure 11-8은 캐시 계층을 나타낸다.

• 뉴스 피드 : 뉴스 피드의 ID를 보관한다.
• 콘텐츠 : 포스팅 데이터를 보관한다. 인기 콘텐츠는 따로 보관한다.
• 소셜 그래프 : 사용자 간 관계 정보를 보관한다.
• 행동 : 포스팅에 대한 사용자의 행위에 관한 정보를 보관한다. 포스팅에 대한 "좋아요", 답글 등등이 해당한다.
• 횟수 : "좋아요", 횟수, 응답 수, 팔로어 수, 팔로잉 수 등의 정보를 보관한다.