[백엔드]비동기 처리와 메시지 큐 이해하기

1. 비동기 프로그래밍이란?

1) 동기 vs 비동기 처리 방식

백엔드 애플리케이션에서 중요한 개념 중 하나가 동기(Synchronous)와 비동기(Asynchronous) 처리입니다.

• 동기(Synchronous): 요청을 보내면 응답을 받을 때까지 기다리는 방식
• 비동기(Asynchronous): 요청을 보낸 후 응답을 기다리지 않고 다른 작업을 수행하는 방식

2) 웹 애플리케이션에서 비동기 처리가 필요한 이유

비동기 처리는 서버의 성능을 최적화하고 응답 속도를 높이는 데 도움이 됩니다. 예를 들어, 다음과 같은 경우 비동기 처리가 필요합니다:

• 대용량 데이터 처리
• 외부 API 호출
• 파일 업로드 및 다운로드
• 이메일 발송

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2. 스프링에서 비동기 처리

Spring Boot에서는 @Async 어노테이션을 사용하여 손쉽게 비동기 처리를 구현할 수 있습니다.

1) @Async를 활용한 비동기 메서드 실행

@Service
public class AsyncService {
    @Async
    public CompletableFuture<String> asyncMethod() {
        try {
            Thread.sleep(3000); // 3초 동안 대기
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return CompletableFuture.completedFuture("비동기 작업 완료!");
    }
}

2) CompletableFuture를 활용한 비동기 결과 반환

@RestController
@RequestMapping("/async")
public class AsyncController {

    private final AsyncService asyncService;

    @Autowired
    public AsyncController(AsyncService asyncService) {
        this.asyncService = asyncService;
    }

    @GetMapping("/run")
    public CompletableFuture<String> runAsyncTask() {
        return asyncService.asyncMethod();
    }
}

이제 /async/run 엔드포인트를 호출하면 즉시 응답을 반환하고, 백그라운드에서 비동기 작업이 실행됩니다.

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3. 메시지 큐(Message Queue)란?

1) 메시지 큐의 개념과 필요성

메시지 큐(Message Queue, MQ)는 비동기 처리를 더욱 효율적으로 관리하기 위한 기술로, 프로듀서(Producer) 와 컨슈머(Consumer) 간에 메시지를 전달하는 중간 역할을 수행합니다.

• 비동기 이벤트 처리: 요청을 즉시 처리하지 않고 큐에 저장한 후, 별도의 프로세스가 이를 처리함
• 부하 분산: 다수의 컨슈머를 활용하여 병렬 처리 가능
• 트랜잭션 처리: 메시지를 안전하게 저장하고, 필요할 때 다시 처리할 수 있음

2) 메시지 브로커(Message Broker)란?

메시지 큐를 관리하는 시스템을 메시지 브로커(Message Broker) 라고 하며, 대표적인 메시지 브로커로 다음과 같은 도구가 있습니다:

• RabbitMQ (AMQP 프로토콜 기반)
• Apache Kafka (로그 기반 메시지 처리)
• ActiveMQ
• AWS SQS

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4. RabbitMQ 또는 Kafka를 활용한 비동기 처리

1) RabbitMQ 기본 개념

RabbitMQ는 가장 널리 사용되는 메시지 브로커 중 하나로, Exchange 와 Queue 를 통해 메시지를 전달합니다.

RabbitMQ의 주요 구성 요소

• Producer: 메시지를 생성하여 Exchange로 보냄
• Exchange: 메시지를 적절한 큐로 라우팅
• Queue: 메시지가 저장되는 공간
• Consumer: 큐에서 메시지를 읽어 처리

2) Spring Boot에서 RabbitMQ 연동하기

(1) RabbitMQ 설정 추가 (application.yml)

spring:
  rabbitmq:
    host: localhost
    port: 5672
    username: guest
    password: guest

(2) 메시지 발행자(Producer) 구현

@Component
public class MessageProducer {
    @Autowired
    private RabbitTemplate rabbitTemplate;

    private static final String EXCHANGE_NAME = "sample.exchange";

    public void sendMessage(String message) {
        rabbitTemplate.convertAndSend(EXCHANGE_NAME, "routing.key", message);
        System.out.println("메시지 전송: " + message);
    }
}

(3) 메시지 소비자(Consumer) 구현

@Component
public class MessageConsumer {
    @RabbitListener(queues = "sample.queue")
    public void receiveMessage(String message) {
        System.out.println("메시지 수신: " + message);
    }
}

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5. 비동기 처리와 메시지 큐의 장단점

✅ 장점

1. 성능 향상: 요청을 비동기로 처리하여 응답 속도 향상
2. 부하 분산: 여러 개의 컨슈머를 활용하여 작업을 분산 처리 가능
3. 트랜잭션 안정성: 메시지를 안전하게 저장하여 장애 발생 시 재처리 가능

❌ 단점

1. 설정 및 운영 복잡성: MQ 시스템을 운영하려면 추가적인 인프라 관리 필요
2. 메시지 지연 가능성: 큐에 쌓이는 메시지가 많아지면 지연 발생 가능
3. 비동기 처리의 어려움: 상태 관리 및 디버깅이 어려울 수 있음

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결론

비동기 처리는 백엔드 애플리케이션에서 중요한 개념이며, 특히 RabbitMQ, Kafka와 같은 메시지 큐를 활용하면 더욱 강력한 시스템을 구축할 수 있습니다. 스프링에서 @Async를 활용한 간단한 비동기 처리부터, MQ를 이용한 확장성 높은 시스템까지 익히면 백엔드 개발자로서 더욱 강력한 기술을 갖출 수 있을 것입니다. 🚀