확장 가능한 실시간 WebSocket 서버 아키텍처 설계

실시간 통신 환경에서 서버를 수평 확장(Horizontal Scaling)할 때 가장 큰 기술적 과제는 **'상태(State)의 중앙 집중화'**입니다. 특정 클라이언트가 어느 서버 인스턴스에 점유되어 있는지를 관리하고, 서버 간 메시지를 정확히 라우팅하는 설계가 핵심입니다.

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1. 전체 시스템 아키텍처

여러 대의 WebSocket 서버가 로드밸런서 하단에 배치되며, Redis를 공유 저장소 및 메시지 브로커로 활용하여 클러스터를 구성합니다.

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2. Redis 컴포넌트별 역할 정의

컴포넌트	핵심 기능	비고
Hash	전역 세션 관리: {UserId: ServerId} 매핑 정보 저장	세션 위치 확인용
Pub/Sub	실시간 라우팅: 서버 간 이벤트 전파 (Fire-and-forget)	낮은 지연 시간 우선
Streams	신뢰성 보장: 메시지 영속화 및 재연결 시 누락 데이터 복구	At-least-once 전달 보장

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3. 핵심 운영 워크플로우

① 세션 등록 프로세스

클라이언트가 핸드셰이크를 완료하면 Redis Hash에 세션 정보를 기록하여 전역 상태를 업데이트합니다.

② 서버 간 메시지 라우팅

상대방이 다른 서버 인스턴스에 접속 중일 경우, 세션 정보를 조회한 후 해당 서버 전용 채널로 메시지를 발행합니다.

③ Redis Streams를 이용한 데이터 복구

네트워크 순단 시 클라이언트가 Last-Event-ID를 기반으로 누락된 메시지를 요청하는 흐름입니다.

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4. 설계 및 운영 가이드라인

• 좀비 세션(Zombie Session) 방지: 서버 비정상 종료 시 세션 정보가 남지 않도록 세션 키에 TTL을 설정하고, Heartbeat(Ping/Pong) 시점에 수시로 갱신해야 합니다.

• Graceful Shutdown: 배포 시 서버 인스턴스가 종료 신호(SIGTERM)를 받으면, 관리 중인 모든 세션을 Redis Hash에서 삭제(HDEL)한 후 프로세스를 종료해야 합니다.

• Backpressure 제어: 클라이언트의 수신 속도가 느릴 경우 서버 메모리 부하가 발생할 수 있습니다. Redis Streams의 Consumer Group 기능을 활용해 처리량을 조절하는 설계를 검토하십시오.