이제 나도 MSA 전문가: 개념부터 실무까지

마이크로서비스 아키텍처(MSA)는 각 서비스가 독립적으로 배포되고 확장될 수 있다는 장점은 분명 매력적이지만, 수많은 서비스 간의 효율적인 통신은 해결해야 할 중요한 과제입니다. 이러한 과제 해결의 핵심적인 역할을 하는 기술 중 하나가 바로 gRPC입니다.

gRPC는 구글에서 개발한 고성능 RPC(Remote Procedure Call) 프레임워크로, 마이크로서비스 아키텍처(MSA)와 같은 복잡한 분산 시스템의 요구를 충족하기 위해 설계되었습니다. gRPC의 기원은 구글 내부에서 발생한 네트워크 통신의 복잡성과 성능 문제를 해결하려는 노력에서 출발했습니다. 구글은 초대형 분산 시스템을 운영하며 발생하는 높은 트래픽, 다양한 언어의 서비스 간 상호 운용성, 그리고 효율적인 데이터 직렬화와 전송에 대한 필요성을 느끼고 있었습니다. 기존의 RESTful API 기반 통신은 HTTP/1.1의 텍스트 기반 특성과 JSON 직렬화로 인해 비효율적인 데이터 전송, 과도한 오버헤드, 느린 응답 시간 등의 문제가 발생했습니다. 이러한 한계를 극복하기 위해 gRPC가 개발된 것입니다.

이 기술은 단순히 새로운 통신 방식이 아니라, 복잡한 분산 시스템 환경에서 서비스 간 통신의 효율성을 극대화하고자 하는 요구에서 탄생했습니다. 전통적인 RESTful API는 HTTP 프로토콜을 기반으로 JSON과 같은 텍스트 기반 데이터 형식을 사용합니다. 이는 단순한 API 개발에는 편리하지만, 대규모 시스템에서는 다음과 같은 문제점을 야기할 수 있습니다.

• 과도한 페이로드: JSON은 텍스트 기반 형식으로, 불필요한 데이터 중복과 전송 데이터 크기를 증가시킵니다. 이는 네트워크 대역폭 사용량을 늘리고, 처리 속도를 저하시키는 원인이 됩니다.

• 파싱 오버헤드: 텍스트 데이터를 파싱하고 직렬화하는 과정은 CPU 자원을 소모하며, 이는 성능 저하로 이어질 수 있습니다. 특히, 대규모 트래픽 환경에서는 더욱 심각한 문제가 됩니다.

• HTTP 프로토콜의 한계: HTTP 프로토콜은 다양한 기능을 제공하지만, 그만큼 복잡성이 높고 서비스 간 통신에 최적화되어 있지 않습니다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 구글은 IDL(Interface Definition Language)을 사용하여 서비스 인터페이스를 정의하고, Protocol Buffers를 이용해 데이터를 직렬화하는 gRPC를 개발했습니다. 이는 효율적인 바이너리 형식으로 데이터를 전송하고, RPC 호출을 최적화하여 서비스 간 통신 성능을 극대화하는 데 기여했습니다.

gRPC는 원격 프로시저 호출(Remote Procedure Call)을 구현하기 위한 오픈 소스 프레임워크입니다. 클라이언트와 서버가 동일한 프로토콜을 사용해 서로 간의 함수를 호출할 수 있도록 지원하며, HTTP/2 기반의 통신과 Protobuf 직렬화를 활용해 효율성을 극대화합니다. gRPC는 다음과 같은 주요 기능을 제공합니다:

• 양방향 스트리밍: 클라이언트와 서버 간의 데이터를 실시간으로 스트리밍하여 대기 시간을 줄이고 효율적인 통신을 지원합니다.

• 멀티플렉싱: 단일 연결에서 여러 요청과 응답을 동시에 처리하여 네트워크 병목 현상을 줄입니다.

• 언어 독립성: gRPC는 다양한 언어에 대한 지원을 제공하며, 클라이언트와 서버가 서로 다른 언어로 작성되어도 문제없이 통신할 수 있습니다.

• 서비스 정의: Protobuf를 사용해 서비스와 메시지를 정의하며, 이를 통해 코드 생성 및 통신 규약의 일관성을 보장합니다.

gRPC는 IDL을 사용하여 서비스 인터페이스를 정의하고, 이를 기반으로 클라이언트와 서버 코드를 자동으로 생성하는 RPC 프레임워크입니다. gRPC는 다음과 같은 핵심 구성 요소로 이루어져 있습니다.

이 아키텍처는 MSA에서 높은 성능과 효율성을 제공하며, 다양한 언어와 환경 간의 상호 운용성을 보장합니다. 특히, 자동화된 코드 생성과 효율적인 데이터 직렬화 덕분에 대규모 시스템에서의 통신 병목 문제를 해결하는 데 적합합니다.

• 클라이언트와 서버: 자동 생성된 코드와 Protobuf를 통해 클라이언트와 서버는 데이터를 송수신하며, 이는 HTTP/2 프로토콜로 안전하게 전달됩니다.

• Protocol Buffers: Protocol Buffers(Protobuf)는 gRPC의 데이터 직렬화 및 역직렬화를 담당합니다. Protobuf는 JSON보다 훨씬 더 작고 빠르게 데이터를 직렬화하며, 이는 네트워크 전송 효율성을 크게 향상시킵니다.

• IDL (Interface Definition Language): IDL(Interface Definition Language)은 gRPC에서 서비스 인터페이스를 정의하는 데 사용됩니다. .proto 파일은 메시지 구조와 서비스 메소드를 명시적으로 정의하며, 클라이언트와 서버 간 통신 계약의 기반이 됩니다.

• HTTP/2: gRPC는 HTTP/2 프로토콜을 기반으로 동작합니다. 이는 다중화(multiplexer), 헤더 압축, 서버 푸시 등의 기능을 제공하여 통신 성능을 향상시킵니다.

• • 다중화: 하나의 연결에서 여러 요청과 응답을 동시에 처리

• • 헤더 압축: 네트워크 대역폭 절약

• • 서버 푸시: 클라이언트 요청 없이도 데이터를 미리 전송 가능

• 코드 생성: gRPC는 .proto 파일을 입력으로 받아 클라이언트 및 서버 코드(스텁)를 자동 생성합니다. 이를 통해 개발자는 프로토콜 구현의 복잡성을 줄이고, 서비스 로직에만 집중할 수 있습니다. 이 과정은 다양한 언어를 지원하므로 이기종 환경에서도 쉽게 통합할 수 있습니다.

MSA 환경에서 gRPC는 서비스 간 통신의 핵심 역할을 수행합니다. MSA 환경은 서비스가 작고 독립적이기 때문에 서비스 간 통신이 빈번하게 발생합니다. 이때 gRPC는 높은 성능과 효율성을 제공하여 MSA의 장점을 극대화하는 데 기여합니다.

하지만 gRPC가 MSA 환경에 매우 적합한 기술인 것은 분명하지만, 필수적인 것은 아닙니다. 이 부분에 대해서 조금 더 자세하게 설명하고, 어떤 상황에서 gRPC가 더 적합하고, 어떤 상황에서 다른 통신 방식이 더 나을 수 있는지에 대해 보충 설명을 드리겠습니다.

• 고성능이 요구되는 경우: 대량의 데이터를 처리하거나 실시간 통신이 필요한 경우, gRPC는 Protocol Buffers를 사용하여 바이너리 형식으로 데이터를 직렬화합니다. 이는 JSON과 같은 텍스트 기반 형식보다 훨씬 작고 효율적인 데이터를 전송할 수 있게 합니다. 또한, HTTP/2 프로토콜을 사용하여 다중화와 스트리밍을 지원하여 네트워크 효율성을 높이고, 지연 시간을 줄입니다. 예를 들어, 금융 거래 시스템, 실시간 게임, 미디어 스트리밍 서비스 등에서는 gRPC가 더 나은 선택일 수 있습니다.

• 서비스 간 통신이 빈번한 경우: MSA 환경은 서비스 간의 상호작용이 빈번하게 발생합니다. 이 때, gRPC는 HTTP/2의 다중화 기능으로 인해 연결을 재사용하여 효율적인 통신을 가능하게 합니다.

• 엄격한 인터페이스 정의가 필요한 경우: IDL을 사용하여 서비스 인터페이스를 정의함으로써, 클라이언트와 서버 간의 계약을 명확히 하고, 개발 과정에서 오류를 줄일 수 있습니다. gRPC의 IDL은 서비스 인터페이스를 강제하고 데이터 형식을 엄격하게 정의할 수 있어 개발 생산성과 유지보수성을 높일 수 있습니다.

• 다양한 언어를 사용하는 경우: MSA 환경에서 여러 언어로 개발된 서비스를 통합해야 하는 경우, gRPC는 다양한 언어를 지원하여 원활한 통합을 가능하게 합니다.

• 스트리밍이 필요한 경우: gRPC는 스트리밍을 지원하여, 대용량 데이터를 효율적으로 전송할 수 있습니다. 이는 실시간 데이터 처리나 대용량 데이터 전송에 gRPC의 스트리밍 기능을 활용할 수 있습니다.

• API의 단순성이 중요한 경우: 단순한 CRUD 작업을 수행하는 API의 경우, RESTful API는 HTTP 메소드를 사용해 직관적이고 간단하게 API를 설계하고 개발할 수 있습니다.

• 웹 클라이언트(브라우저)와의 통신이 필요한 경우: 웹 브라우저는 gRPC를 직접적으로 지원하지 않기 때문에, gRPC-Web과 같은 추가적인 기술이 필요합니다. 웹 클라이언트와의 통신에는 RESTful API가 더 간편할 수 있습니다.

• 레거시 시스템과 연동해야 하는 경우: 이미 RESTful API로 구축된 레거시 시스템과 연동해야 하는 경우, gRPC로 전환하는 것은 추가적인 작업이 필요할 수 있습니다.

• 빠른 개발이 필요한 경우: gRPC는 초기 학습 비용과 설정이 필요한 반면, RESTful API는 더 간단하게 개발할 수 있어 빠른 개발이 필요한 상황에 적합합니다.

gRPC는 고성능, 효율성, 다양한 언어 지원, 엄격한 스키마 정의 등 MSA 환경에 필요한 다양한 장점을 제공합니다. gRPC는 MSA의 복잡성을 관리하고, 서비스 간의 안정적인 통신을 보장하며, 효율적인 자원 사용을 가능하게 합니다. 따라서 MSA 환경을 설계할 때 gRPC를 적극적으로 고려하는 것이 좋습니다. gRPC를 제대로 활용하면 MSA의 장점을 극대화하고, 개발 생산성을 높이며, 고성능의 서비스를 제공할 수 있을 것입니다.