Saga 패턴: 분산 트랜잭션 조정을 위한 가이드

현대 소프트웨어 아키텍처, 특히 마이크로서비스의 부상과 함께 여러 서비스에서 데이터 일관성을 관리하는 것은 중요한 과제가 되었습니다. 단일 데이터베이스 내에서 잘 작동하는 기존 ACID(원자성, 일관성, 격리, 지속성) 트랜잭션은 분산 환경에서는 종종 부족합니다. Saga 패턴은 데이터 일관성과 복원력을 보장하면서 여러 서비스에서 트랜잭션을 조정하기 위한 강력한 솔루션으로 부상했습니다.

Saga 패턴이란 무엇인가요?

Saga 패턴은 마이크로서비스 아키텍처에서 분산 트랜잭션을 관리하는 데 도움이 되는 설계 패턴입니다. 단일의 대규모 ACID 트랜잭션에 의존하는 대신 Saga는 비즈니스 트랜잭션을 더 작고 로컬 트랜잭션의 시퀀스로 나눕니다. 각 로컬 트랜잭션은 단일 서비스 내에서 데이터를 업데이트한 다음 시퀀스에서 다음 트랜잭션을 트리거합니다. 로컬 트랜잭션 중 하나라도 실패하면 Saga는 이전 트랜잭션의 영향을 실행 취소하기 위해 일련의 보상 트랜잭션을 실행하여 시스템 전체에서 데이터 일관성을 보장합니다.

일련의 도미노와 같습니다. 각 도미노는 특정 마이크로서비스 내의 로컬 트랜잭션을 나타냅니다. 하나의 도미노가 쓰러지면(트랜잭션 완료) 다음 도미노를 트리거합니다. 도미노가 쓰러지지 않으면(트랜잭션 실패) 이미 쓰러진 도미노를 조심스럽게 다시 밀어 올려야 합니다(보상 트랜잭션).

Saga 패턴을 사용하는 이유는 무엇인가요?

다음은 Saga 패턴이 마이크로서비스 아키텍처에 필수적인 이유입니다.

• 분산 트랜잭션: 복잡하고 성능 병목 현상을 유발할 수 있는 분산 2단계 커밋(2PC) 프로토콜에 의존하지 않고 여러 서비스에 걸쳐 있는 트랜잭션을 관리할 수 있습니다.
• 최종 일관성: 서비스 간의 최종 일관성을 가능하게 합니다. 데이터가 모든 서비스에서 즉시 일치하지 않을 수 있지만 결국 일관된 상태에 도달합니다.
• 내결함성: 보상 트랜잭션을 구현함으로써 Saga 패턴은 내결함성을 향상시킵니다. 서비스가 실패하면 시스템은 이전 트랜잭션에서 변경 사항을 실행 취소하여 정상적으로 복구할 수 있습니다.
• 분리: 서비스 간의 느슨한 결합을 촉진합니다. 각 서비스는 자체 로컬 트랜잭션을 담당하여 서비스 간의 종속성을 줄입니다.
• 확장성: 각 서비스를 독립적으로 확장할 수 있도록 하여 확장성을 지원합니다.

Saga 패턴 유형

Saga 패턴을 구현하는 두 가지 주요 방법이 있습니다.

1. 코레오그래피 기반 Saga

코레오그래피 기반 Saga에서 각 서비스는 다른 서비스에서 게시한 이벤트를 수신 대기하고 해당 이벤트를 기반으로 조치를 취할지 여부를 결정합니다. Saga를 관리하는 중앙 오케스트레이터가 없습니다. 대신, 각 서비스는 이벤트에 반응하고 새 이벤트를 게시하여 Saga에 참여합니다.

작동 방식:

1. 시작 서비스는 로컬 트랜잭션을 수행하고 이벤트를 게시하여 Saga를 시작합니다.
2. 다른 서비스는 이 이벤트를 구독하고 이를 수신하면 로컬 트랜잭션을 수행하고 새 이벤트를 게시합니다.
3. 트랜잭션이 실패하면 해당 서비스가 보상 이벤트를 게시합니다.
4. 다른 서비스는 보상 이벤트를 수신 대기하고 이전 작업을 실행 취소하기 위해 보상 트랜잭션을 실행합니다.

예시:

주문 서비스, 결제 서비스 및 재고 서비스의 세 가지 서비스가 관련된 전자 상거래 주문 처리 프로세스를 고려하십시오.

1. 주문 서비스: 새 주문을 수신하고 `OrderCreated` 이벤트를 게시합니다.
2. 결제 서비스: `OrderCreated`를 구독하고 결제를 처리하고 `PaymentProcessed` 이벤트를 게시합니다.
3. 재고 서비스: `PaymentProcessed`를 구독하고 재고를 예약하고 `InventoryReserved` 이벤트를 게시합니다.
4. 재고 서비스가 재고를 예약하지 못하면 `InventoryReservationFailed` 이벤트를 게시합니다.
5. 결제 서비스: `InventoryReservationFailed`를 구독하고 결제를 환불하고 `PaymentRefunded` 이벤트를 게시합니다.
6. 주문 서비스: `PaymentRefunded`를 구독하고 주문을 취소합니다.

장점:

• 단순성: 참가자가 거의 없는 단순한 Saga를 쉽게 구현할 수 있습니다.
• 느슨한 결합: 서비스는 느슨하게 결합되어 독립적으로 발전할 수 있습니다.

단점:

• 복잡성: 참가자가 많은 복잡한 Saga를 관리하기가 어려워집니다.
• 추적: Saga의 진행 상황을 추적하고 문제를 디버그하기가 어렵습니다.
• 순환 종속성: 서비스 간에 순환 종속성이 발생할 수 있습니다.

2. 오케스트레이션 기반 Saga

오케스트레이션 기반 Saga에서 중앙 오케스트레이터 서비스는 Saga의 실행을 관리합니다. 오케스트레이터 서비스는 각 서비스에 로컬 트랜잭션을 수행해야 할 시기와 필요한 경우 보상 트랜잭션을 실행해야 할 시기를 알려줍니다.

작동 방식:

1. 오케스트레이터 서비스는 Saga를 시작하라는 요청을 받습니다.
2. 각 서비스에 로컬 트랜잭션을 수행하도록 명령을 보냅니다.
3. 오케스트레이터는 각 트랜잭션의 결과를 모니터링합니다.
4. 모든 트랜잭션이 성공하면 Saga가 완료됩니다.
5. 트랜잭션이 실패하면 오케스트레이터는 이전 트랜잭션의 영향을 실행 취소하기 위해 적절한 서비스에 보상 명령을 보냅니다.

예시:

동일한 전자 상거래 주문 처리 프로세스를 사용하는 경우 오케스트레이터 서비스(Saga Orchestrator)가 단계를 조정합니다.

1. Saga Orchestrator: 새 주문 요청을 받습니다.
2. Saga Orchestrator: `ProcessOrder` 명령을 주문 서비스로 보냅니다.
3. 주문 서비스: 주문을 처리하고 성공 또는 실패를 Saga Orchestrator에 알립니다.
4. Saga Orchestrator: `ProcessPayment` 명령을 결제 서비스로 보냅니다.
5. 결제 서비스: 결제를 처리하고 성공 또는 실패를 Saga Orchestrator에 알립니다.
6. Saga Orchestrator: `ReserveInventory` 명령을 재고 서비스로 보냅니다.
7. 재고 서비스: 재고를 예약하고 성공 또는 실패를 Saga Orchestrator에 알립니다.
8. 재고 서비스가 실패하면 Saga Orchestrator에 알립니다.
9. Saga Orchestrator: `RefundPayment` 명령을 결제 서비스로 보냅니다.
10. 결제 서비스: 결제를 환불하고 Saga Orchestrator에 알립니다.
11. Saga Orchestrator: `CancelOrder` 명령을 주문 서비스로 보냅니다.
12. 주문 서비스: 주문을 취소하고 Saga Orchestrator에 알립니다.

장점:

• 중앙 집중식 관리: 참가자가 많은 복잡한 Saga를 더 쉽게 관리할 수 있습니다.
• 개선된 추적: Saga의 진행 상황을 추적하고 문제를 디버그하기가 더 쉽습니다.
• 종속성 감소: 서비스 간의 순환 종속성을 줄입니다.

단점:

• 복잡성 증가: 중앙 오케스트레이터 서비스가 필요하므로 아키텍처에 복잡성이 추가됩니다.
• 단일 실패 지점: 오케스트레이터 서비스가 단일 실패 지점이 될 수 있습니다.

코레오그래피와 오케스트레이션 중에서 선택하기

코레오그래피와 오케스트레이션 중에서 선택하는 것은 Saga의 복잡성과 참여 서비스 수에 따라 달라집니다. 다음은 일반적인 지침입니다.

• 코레오그래피: 서비스가 비교적 독립적인 참가자가 적은 단순한 Saga에 적합합니다. 기본 계정 생성 또는 간단한 전자 상거래 거래와 같은 시나리오에 적합합니다.
• 오케스트레이션: 참가자가 많거나 Saga 실행에 대한 중앙 집중식 제어 및 가시성이 필요한 경우 복잡한 Saga에 적합합니다. 복잡한 금융 거래, 공급망 관리 또는 복잡한 종속성 및 롤백 요구 사항이 있는 모든 프로세스에 이상적입니다.

Saga 패턴 구현

Saga 패턴을 구현하려면 신중한 계획과 여러 요소를 고려해야 합니다.

1. Saga 단계 정의

Saga를 구성하는 개별 로컬 트랜잭션을 식별합니다. 각 트랜잭션에 대해 다음을 정의합니다.

• 서비스: 트랜잭션을 수행하는 서비스입니다.
• 작업: 트랜잭션에서 수행할 작업입니다.
• 데이터: 트랜잭션을 수행하는 데 필요한 데이터입니다.
• 보상 작업: 트랜잭션의 영향을 실행 취소하기 위해 수행할 작업입니다.

2. 구현 접근 방식 선택

코레오그래피를 사용할지 또는 오케스트레이션을 사용할지 결정합니다. Saga의 복잡성과 중앙 집중식 제어와 분산된 책임 간의 트레이드 오프를 고려합니다.

3. 보상 트랜잭션 구현

각 로컬 트랜잭션에 대한 보상 트랜잭션을 구현합니다. 보상 트랜잭션은 원래 트랜잭션의 영향을 실행 취소하고 시스템을 일관된 상태로 복원해야 합니다.

보상 트랜잭션에 대한 중요한 고려 사항:

• 멱등성: 보상 트랜잭션은 멱등성해야 합니다. 즉, 의도하지 않은 부작용을 일으키지 않고 여러 번 실행할 수 있습니다. 보상 트랜잭션이 처음에 실패하면 다시 시도할 수 있으므로 매우 중요합니다.
• 원자성: 이상적으로는 보상 트랜잭션이 원자적이어야 합니다. 그러나 분산 환경에서 진정한 원자성을 달성하는 것은 어려울 수 있습니다. 원자성의 최선을 다하십시오.
• 지속성: 서비스가 충돌하더라도 보상 트랜잭션의 효과가 지속되도록 합니다.

4. 실패 및 재시도 처리

실패를 정상적으로 처리하기 위해 강력한 오류 처리 및 재시도 메커니즘을 구현합니다. 다음과 같은 기술을 사용하는 것을 고려하십시오.

• 지수 백오프: 시스템 과부하를 방지하기 위해 지연 시간을 늘려 실패한 트랜잭션을 다시 시도합니다.
• 회로 차단기: 실패하는 서비스를 반복적으로 호출하여 연쇄 실패를 방지합니다.
• 데드 레터 큐: 실패한 메시지를 나중에 분석하고 재처리하기 위해 데드 레터 큐로 보냅니다.

5. 멱등성 보장

모든 로컬 트랜잭션과 보상 트랜잭션이 멱등성임을 확인합니다. 이는 재시도를 처리하고 데이터 일관성을 보장하는 데 매우 중요합니다.

6. Saga 모니터링 및 추적

Saga의 진행 상황을 추적하고 잠재적인 문제를 식별하기 위해 모니터링 및 추적을 구현합니다. 여러 서비스에서 이벤트를 연관시키기 위해 분산 추적 도구를 사용합니다.

Saga 패턴 구현 기술

Saga 패턴을 구현하는 데 도움이 되는 몇 가지 기술이 있습니다.

• 메시지 큐(RabbitMQ, Kafka): 서비스 간의 비동기식 통신을 용이하게 하여 이벤트 기반 Saga를 가능하게 합니다.
• 이벤트 소싱: 애플리케이션의 상태를 일련의 이벤트로 유지하여 완전한 감사 추적을 제공하고 복구 목적으로 이벤트를 재생할 수 있도록 합니다.
• Saga 오케스트레이션 프레임워크: Apache Camel, Netflix Conductor 및 Temporal과 같은 프레임워크는 Saga를 구축하고 관리하기 위한 도구와 추상화를 제공합니다.
• 데이터베이스 트랜잭션 관리자(로컬 트랜잭션의 경우): 관계형 데이터베이스(예: PostgreSQL, MySQL) 및 NoSQL 데이터베이스는 단일 서비스 내에서 ACID 속성을 보장하기 위해 트랜잭션 관리자를 제공합니다.

Saga 패턴 사용의 과제

Saga 패턴은 상당한 이점을 제공하지만 특정 과제도 제시합니다.

• 복잡성: Saga 패턴을 구현하는 것은 특히 복잡한 비즈니스 프로세스의 경우 복잡할 수 있습니다.
• 최종 일관성: 최종 일관성을 처리하려면 잠재적인 경합 조건과 데이터 불일치를 신중하게 고려해야 합니다.
• 테스팅: Saga는 분산된 특성과 실패를 시뮬레이션해야 하므로 테스트하기가 어려울 수 있습니다.
• 디버깅: Saga를 디버깅하는 것은 특히 중앙 오케스트레이터가 없는 코레오그래피 기반 구현에서 어려울 수 있습니다.
• 멱등성: 트랜잭션 및 보상 트랜잭션의 멱등성을 보장하는 것은 중요하지만 구현하기 어려울 수 있습니다.

Saga 패턴 구현을 위한 모범 사례

문제를 완화하고 Saga 패턴을 성공적으로 구현하려면 다음 모범 사례를 고려하십시오.

• 소규모로 시작: 간단한 Saga로 시작하여 경험을 쌓으면서 점차적으로 복잡성을 늘리십시오.
• 명확한 경계 정의: 각 서비스의 경계를 명확하게 정의하고 각 서비스가 자체 데이터를 담당하도록 합니다.
• 도메인 이벤트 사용: 도메인 이벤트를 사용하여 서비스 간에 통신하고 Saga 단계를 트리거합니다.
• 보상 트랜잭션 신중하게 구현: 보상 트랜잭션이 멱등성, 원자성 및 지속성이 있는지 확인합니다.
• Saga 모니터링 및 추적: Saga의 진행 상황을 추적하고 잠재적인 문제를 식별하기 위해 포괄적인 모니터링 및 추적을 구현합니다.
• 실패를 위해 설계: 실패를 정상적으로 처리하고 데이터를 손실하지 않고 실패에서 시스템을 복구할 수 있도록 시스템을 설계합니다.
• 모든 것 문서화: Saga 설계, 구현 및 테스트 절차를 철저히 문서화합니다.

Saga 패턴의 실제 사례

Saga 패턴은 다양한 산업에서 복잡한 비즈니스 프로세스에서 분산 트랜잭션을 관리하는 데 사용됩니다. 몇 가지 예는 다음과 같습니다.

• 전자 상거래: 주문 처리, 결제 처리, 재고 관리 및 배송. 예를 들어 고객이 주문하면 Saga는 재고 예약, 결제 처리 및 배송 생성 프로세스를 관리합니다. 단계가 실패하면(예: 재고 부족) Saga는 예약된 재고를 해제하고 결제를 환불하여 보상합니다. 글로벌 전자 상거래 대기업인 Alibaba는 방대한 마켓플레이스에서 여러 마이크로서비스에서 거래 일관성을 보장하기 위해 Saga 패턴을 광범위하게 활용합니다.
• 금융 서비스: 자금 이체, 대출 신청 및 신용 카드 거래. 국경 간 송금을 고려해 보십시오. Saga는 한 계좌에서 차변, 통화 변환, 다른 계좌로의 입금을 조정할 수 있습니다. 통화 변환이 실패하면 보상 트랜잭션이 차변을 반전시키고 불일치를 방지합니다. 국제 송금을 전문으로 하는 핀테크 회사인 TransferWise(현재 Wise)는 Saga 패턴을 사용하여 전 세계 다양한 은행 시스템에서 거래의 신뢰성과 일관성을 보장합니다.
• 의료: 환자 등록, 예약 일정 및 의료 기록 업데이트. 환자가 약속을 등록하면 Saga는 새 환자 기록을 생성하고 약속을 예약하고 관련 의료 제공자에게 알리는 프로세스를 관리할 수 있습니다. 예약 일정이 실패하면 보상 트랜잭션이 약속을 제거하고 환자에게 알립니다.
• 공급망 관리: 주문 처리, 창고 관리 및 배송 일정. 주문이 접수되면 Saga는 재고 예약, 항목 포장, 배송 예약 및 고객 알림을 관리할 수 있습니다. 이러한 단계 중 하나라도 실패하면 보상 작업을 사용하여 주문을 취소하고, 항목을 재고로 반환하고, 고객에게 취소에 대해 알릴 수 있습니다.

결론

Saga 패턴은 마이크로서비스 아키텍처에서 분산 트랜잭션을 관리하기 위한 귀중한 도구입니다. 비즈니스 트랜잭션을 일련의 로컬 트랜잭션으로 나누고 보상 트랜잭션을 구현함으로써 분산 환경에서 데이터 일관성과 복원력을 보장할 수 있습니다. Saga 패턴은 특정 과제를 제시하지만, 모범 사례를 따르고 적절한 기술을 사용하면 이를 성공적으로 구현하고 강력하고 확장 가능하며 내결함성 있는 애플리케이션을 구축하는 데 도움이 될 수 있습니다.

마이크로서비스가 점점 더 널리 보급됨에 따라 Saga 패턴은 복잡한 시스템에서 분산 트랜잭션을 관리하고 데이터 일관성을 보장하는 데 계속해서 중요한 역할을 할 것입니다. Saga 패턴을 수용하는 것은 오늘날의 비즈니스 환경의 요구 사항을 충족할 수 있는 현대적이고 복원력이 뛰어나며 확장 가능한 애플리케이션을 구축하기 위한 핵심 단계입니다.