동시성 제어를 통해 레이스 컨디션을 해결하는 방법 3 - Lettuce, Redisson 활용

동시성 제어를 통해 레이스 컨디션을 해결하는 방법 1 :
https://rustywhite404.github.io/spring/2024/12/10/Concurrency_control1/
동시성 제어를 통해 레이스 컨디션을 해결하는 방법 2 :
https://rustywhite404.github.io/spring/2024/12/11/Concurrency_control2/
앞서 Synchronized와 DB락을 이용한 동시성 제어 방법을 정리해보았고, Lettuce와 Redisson을 사용하는 방법도 알아보기로 했다.

자바 애플리케이션에서 레디스를 사용하려면

레디스를 사용할 때 자바 애플리케이션에서 편하게 접근할 수 있도록 도와주는 라이브러리로 Lettuce와 Redisson이 있다. 우선 각각의 특징과 장점을 간단히 알아보자.

1. Lettuce

Lettuce는 레디스와 자바 애플리케이션 간의 통신을 위한 비동기/동기 클라이언트 라이브러리다. 스프링에서 자주 사용하는 Spring Data Redis가 기본적으로 Lettuce를 사용하고 있음. Lettuce의 장점은 다음과 같다.

비동기 프로그래밍을 지원한다. Netty 기반으로 동작하고, 비동기 방식의 API를 제공해 성능이 좋다. Future, CompletionStage 같은 자바의 비동기 기술과도 쉽게 연동이 가능하다.
싱글 스레드 기반으로, 연결 당 하나의 스레드를 사용해 메모리 사용량이 적다.
Redis 클러스터 구조에서도 잘 동작하도록 설계되어 있다.
간단하고 가볍게 사용할 수 있어 초급 개발자에게 적합하다.
Spring Data Redis를 이용하면 별도의 라이브러리 없이도 기본으로 사용할 수 있다.

import io.lettuce.core.RedisClient;
import io.lettuce.core.api.sync.RedisCommands;

public class LettuceExample {
    public static void main(String[] args) {
        // Redis 클라이언트 생성
        RedisClient redisClient = RedisClient.create("redis://localhost:6379");
        
        // 연결하고 동기 명령 인터페이스 가져오기
        var connection = redisClient.connect();
        RedisCommands<String, String> commands = connection.sync();

        // 데이터 저장
        commands.set("key", "value");

        // 데이터 가져오기
        String value = commands.get("key");
        System.out.println("Value: " + value);

        // 연결 닫기
        connection.close();
        redisClient.shutdown();
    }
}

2. Redisson

Redisson은 Redis의 더 높은 수준의 추상화를 제공하는 클라이언트 라이브러리다. Lettuce와 달리 분산 데이터 구조와 다양한 유틸리티를 제공한다.

분산 데이터 구조를 지원하므로, 분산 락을 쉽게 구현이 가능하다. Map, Set, Queue, Lock 등의 분산 데이터 구조를 사용 가능.
동기/비동기 방식 모두 지원하고, 반응형 프로그래밍도 가능하다.
분산 캐시, 분산 락, 분산 세마포어, 메시지 큐 등의 기능이 내장되어 있다.
Redis 클러스터를 쉽게 설정하고 사용이 가능하다.
pub-sub 방식으로 구현되어 있기 때문에 lettuce와 비교했을 때 redis에 부하가 덜 간다.
별도의 라이브러리를 사용해야 하고, 사용법을 공부해야 한다.

import org.redisson.Redisson;
import org.redisson.api.RLock;
import org.redisson.api.RedissonClient;
import org.redisson.config.Config;

public class RedissonExample {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        // Redisson 클라이언트 설정
        Config config = new Config();
        config.useSingleServer().setAddress("redis://localhost:6379");
        RedissonClient redisson = Redisson.create(config);

        // 분산 락 사용 예제
        RLock lock = redisson.getLock("myLock");

        // 락 획득
        lock.lock();
        try {
            System.out.println("Lock acquired. Performing task...");
            Thread.sleep(2000); // 작업 수행
        } finally {
            // 락 해제
            lock.unlock();
            System.out.println("Lock released.");
        }

        // Redisson 종료
        redisson.shutdown();
    }
}

Lettuce vs. Redisson 주요 차이점

특성	Lettuce	Redisson
사용 목적	단순 레디스 클라이언트	고수준의 분산 기능 제공
비동기 지원	지원	지원
추가 기능	없음 (클라이언트에 집중)	분산 데이터 구조, 분산 락, 유틸리티
클러스터	지원	지원
성능	가볍고 빠름	기능이 많아 상대적으로 무거움

어떤 것을 쓰는 게 좋을까?

재시도가 필요하지 않은 LOCK은 lettuce, 재시도가 필요한 경우에는 redisson을 사용하면 좋다.
재시도가 필요한 경우란, 반드시 락을 획득해야 하는 중요 작업(재고 감소, 주문 처리 등 중복 방지가 필수인 작업)이다.
재시도가 필요하지 않은 경우는 캐시 갱신이나 단순 조회 등이 있다.

Lettuce 사용법

우선 redis-cli에서 아래 내용을 실습해보자.

C:\Users\user>docker exec -it [내 컨테이너 ID] redis-cli
127.0.0.1:6379> setnx 1 lock //1이라는 lock을 입력 
(integer) 1 //성공 
127.0.0.1:6379> setnx 1 lock ////1이라는 lock을 다시 입력 시도  
(integer) 0 //이미 1이 존재하므로 실패 
127.0.0.1:6379> del 1 //1 삭제 
(integer) 1 //성공 
127.0.0.1:6379> setnx 1 lock //다시 1이라는 lock 입력 
(integer) 1 //성공 

=> Named Lock의 동작 방식과 유사하다. 

이제 스프링에서 구현하는 법을 알아보자. 우선 의존성을 추가해준 후, Repository를 하나 만들어 RedisTemplate을 사용할 준비를 해 주자.

    implementation 'org.springframework.boot:spring-boot-starter-data-redis'

@Component
@RequiredArgsConstructor
public class RedisLockRepository {
    private RedisTemplate<String, String> redisTemplate;

    public Boolean lock(Long key){
        return redisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(generateKey(key), "lock", Duration.ofMillis(3_000));
    }

    public Boolean unlock(Long key){
        return redisTemplate.delete(generateKey(key));
    }

    private String generateKey(Long key) {
        return key.toString();
    }
}

RedisTemplate<String, String>: Redis에서 값을 읽고 쓰기 위한 도구라고 생각하면 된다. 여기에서는 키와 값을 String으로 저장하는 데에 사용했다.
redisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(...): Redis의 SETNX 명령어에 해당한다. 특정 키가 존재하지 않을 경우에만 값을 저장하고, 성공하면 TRUE, 실패하면 FALSE를 반환한다.
Duration.ofMillis(3_000) : 락을 3초간 유지. 즉, 3초 뒤에는 자동으로 만료된다. 즉, 이 코드는 SETNX와 TTL(Time to Live)을 조합해서 간단한 분산 락을 구현한 예제이다.

@Component
@RequiredArgsConstructor
public class LettuceLockStockFacade {
    private final RedisLockRepository redisLockRepository;
    private final StockService stockService;

    public void decrease(Long id, Long quantity) throws InterruptedException {
        while (!redisLockRepository.lock(id)){
            //레디스에 가는 부하를 줄이기 위해 lock을 획득하지 못했다면 잠시 대기
            Thread.sleep(100);
        }

        //lock 획득에 성공했다면
        try {
            stockService.decrease(id, quantity);
        }finally {
            redisLockRepository.unlock(id);
        }
    }
}

서비스 레벨에서 단일 책임 원칙을 지키기 위해 Facade 패턴을 사용해 새 클래스를 만든다. Lettuce는 Spin Lock 방식(Lock 획득 실패 시 레디스로 계속해서 요청을 보냄)이라 부하를 줄이기 위해 lock을 획득하지 못했을 경우 Thread.*sleep*(100); 처럼 대기 시간을 꼭 만들어주어야 한다.

📌 포트 설정은 따로 안 해도 괜찮을까?
spring-boot-starter-data-redis에서 Redis 관련 설정을 자동으로 스캔하고 읽어오기 때문에, 따로 명시하지 않으면 기본적으로 localhost:6379을 사용한다. 만약 6380 포트 등으로 변경하고 싶다면 application.yml을 다음과 같이 변경하면 된다.

spring:
  redis:
    host: 127.0.0.1
    port: 6380