10. 알림 시스템 설계

• 최신 뉴스, 제품 업데이트, 이벤트, 선물 등 고객에게 중요할 만한 정보를 비동기적으로 제공
• 모바일 푸시 알림, SMS 메시지, 이메일로 분류
• 문제 이해 및 설계 범위 확정
  • 어떤 종류의 알림을 지원해야 하는가?
    • 푸시 알림, SMS 메시지, 이메일
  • 실시간(Real-Time) 시스템인가?
    • 연성 실시간(Soft Real-Time) 시스템이라고 가정
    • 알림은 가능한 빨리 전달되어야 하지만, 시스템에 높은 부하가 걸렸을 때 약간의 지연 가능
  • 어떤 종류의 단말을 지원해야 하는가?
    • iOS, Android, 랩톱, 데스크톱
  • 사용자에게 보낼 알림은 누가 만들 수 있는가?
    • 클라이언트 애플리케이션 프로그램이나 서버 측 스케줄링
  • 사용자가 알림을 받지 않도록(Opt-Out) 설정 할 수 있는가?
    • 해당 설정을 마친 사용자는 더 이상 알림을 받지 않음
  • 하루에 몇 건의 알림을 보낼 수 있어야 하는가?
    • 천만 건의 모바일 푸시 알림, 백만 건의 SMS 메시지, 5백만 건의 이메일
• 개략적 설계안 제시 및 동의 구하기
  • 알림 유형별 지원 방안
    • iOS 푸시 알림
      
      • 세 가지 컴포넌트 필요
      • 알림 제공자(Provider)
        • 알림 요청(Notification Request)을 만들어 애플 푸시 알림 서비스(APNS, Apple Push Notification Service)로 보내는 주체
        • 알림 요청을 만들려면 다음과 같은 데이터 필요
          • 단말 토큰(Device Token) : 알림 요청을 보내는 데 필요한 고유 식별자
          • 페이로드(Payload) : 알림 내용을 담은 JSON 딕셔너리
      • APNS : 애플이 제공하는 원격 서비스
      • iOS 단말 : 푸시 알림을 수신하는 사용자 단말
    • 안드로이드 푸시 알림
      
      • 비슷한 절차로 전송되지만 APNS 대신 FCM(Firebase Cloud Messaging)을 사용
    • SMS 메시지
      
      • 트윌리오, 넥스모 같은 제 3사업자의 서비스를 많이 이용
    • 이메일
      
      • 센드그리드, 메일침프와 같은 상용 이메일 서비스를 이용
  • 연락처 정보 수집 절차
    • 알림을 보내려면 모바일 단말 토큰, 전화번호, 이메일 주소 등의 정보가 필요
    • 사용자가 우리 앱을 설치하거나 처음으로 계정을 등록하면 API 서버는 해당 사용자의 정보를 수집하여 데이터베이스에 저장
      
  • 알림 전송 및 수신 절차
    • 개략적 설계안
      
      • 1부터 N까지의 서비스
        • 서비스 각각은 마이크로서비스일 수 있고, 크론잡일 수도 있고, 분산 시스템 컴포넌트일 수도 있음
      • 알림 시스템
        • 알림 시스템은 알림 전송·수신 처리의 핵심
      • 제3자 서비스
        • 사용자에게 알림을 실제로 전달하는 역할을 함
        • 제3자 서비스와의 통합을 진행할 때 유의할 것은 확장성
        • 쉽게 새로운 서비스를 통합하거나, 기존 서비스를 제거할 수 있어야 함
        • 어떤 서비스는 다른 시장에서는 사용할 수 없을 수도 있음
      • iOS, Android, SMS, 이메일 단말
        • 사용자는 자기 단말에서 알림을 수신
      • 설계의 문제점
        • SPOF
          • 알림 서비스에 서버가 하나밖에 없다는 것은 그 서버에 장애가 생기면 전체 서비스의 장애로 이어짐
        • 규모 확장성
          • 한 대 서비스로 푸시 알림에 관계된 모든 것을 처리하므로, 데이터베이스나 캐시 등 중요 컴포넌트의 규모를 개별적으로 늘릴 방법이 없음
        • 성능 병목
          • 알림을 처리하고 보내는 것은 자원을 많이 필요로 하는 작업일 수 있음
          • 따라서 모든 것을 한 서버로 처리하면 사용자 트래픽이 많이 몰리는 시간에 시스템이 과부하 상태에 빠질 수 있음
    • 개략적 설계안(개선된 버전)
      • 데이터베이스와 캐시를 알림 시스템의 주 서버에서 분리
      • 알림 서버를 증설하고 자동으로 수평적 규모 확장이 이루어질 수 있도록 함
      • 메시지 큐를 이용해 시스템 컴포넌트 사이의 강한 결합을 끊음
        
      • 1부터 N까지의 서비스 : 알림 시스템 서버의 API를 통해 알림을 보낼 서비스들
      • 알림 서버
        • 알림 전송 API : 스팸 방지를 위해 보통 사내 서비스 또는 인증된 클라이언트만 이용 가능
        • 알림 검증 : 이메일 주소, 전화번호 등에 대한 기본적 검증을 수행
        • 데이터베이스 또는 캐시 질의 : 알림에 포함시킬 데이터를 가져오는 기능
        • 알림 전송 : 알림 데이터를 메시지 큐에 넣음. 하나 이상의 메시지 큐를 사용하므로 알림을 병렬적으로 처리 할 수 있음
      • 캐시 : 사용자 정보, 단말 정보, 알림 템플릿 등을 캐시
      • 데이터베이스 : 사용자, 알림, 설정 등 다양한 정보를 저장
      • 메시지 큐
        • 시스템 컴포넌트 간 의존성을 제거하기 위해 사용
        • 다량의 알림이 전송되어야 하는 경우를 대비한 버퍼 역할도 함
        • 제 3자 서비스 가운데 하나에 장애가 발생해도 다른 종류의 알림은 정상 동작
      • 작업 서버 : 메시지 큐에서 전송할 알림을 꺼내서 제3자 서비스로 전달하는 역할
      • 제3자 서비스
      • iOS, Android, SMS, 이메일 단말
      • 컴포넌트들이 알림을 전송하는 순서
        1. API를 호출하여 알림 서버로 알림을 보냄
        2. 알림 서버는 사용자 정보, 단말 토큰, 알림 설정 같은 메타데이터를 캐시나 데이터베이스에서 가져옴
        3. 알림 서버는 전송할 알림에 맞는 이벤트를 만들어서 해당 이벤트를 위한 큐에 넣음. iOS 푸시 알림 이벤트는 iOS 푸시 알림 큐에 넣어야 함
        4. 작업 서버는 메시지 큐에서 알림 이벤트를 꺼냄
        5. 작업 서버는 알림을 제3자 서비스로 보냄
        6. 제3자 서비스는 사용자 단말로 알림을 전송
• 상세 설계
  • 안정성
    • 분산 환경에서 운영될 알림 시스템을 설계할 때는 안정성을 확보하기 위한 사항 몇 가지를 반드시 고려해야 함
    • 데이터 손실 방지
      • 어떠한 상황에서도 알림이 소실되면 안됨
      • 알림이 지연되거나 순서가 틀려도 괜찮지만, 사라지면 곤란함
      • 이 요구사항을 만족하려면 알림 시스템은 알림 데이터를 데이터베이스에 보관하고 재시도 메커니즘을 구현해야 함
        
      • 알림 로그 데이터베이스를 유지하는 것이 한 가지 방법
    • 알림 중복 전송 방지
      • 같은 알림이 여러 번 반복되는 것을 완전히 막는 것은 가능하지 않음
      • 빈도를 줄이려면 중복을 탐지하는 메커니즘을 도입하고, 오류를 신중하게 처리해야 함
      • 간단한 중복 방지 로직
        • 보내야 할 알림이 도착하면 이벤트 ID를 검사하여 이전에 본 적이 있는 이벤트인지 살핌
        • 중복된 이벤트라면 버리고, 그렇지 않으면 알림 발송
  • 추가로 필요한 컴포넌트 및 고려사항
    • 알림 템플릿
      • 대형 알림 시스템은 하루에도 수백만 건 이상의 알림을 처리
      • 알림 메시지 대부분은 형식이 비슷함
      • 이런 유사성을 고려하여 알림 메시지의 모든 부분을 처음부터 다시 만들 필요 없도록 해 줌
      • 인자(Parameter)나 스타일, 추적 링크(Tracking Link)를 조정하기만 하면 사전에 지정한 형식에 맞춰 알람을 만들어 내는 틀
    • 알림 설정
      • 사용자는 너무 많은 알림을 받고 있어서 쉽게 피곤함을 느낌
      • 사용자가 알림 설정을 상세히 조정할 수 있도록 하고 있음
      • 이 정보는 알림 설정 테이블에 보관
    • 전송률 제한
      • 사용자에게 너무 많은 알림을 보내지 않도록 하는 한 가지 방법은, 한 사용자가 받을 수 있는 알림의 빈도를 제한하는 것
      • 알림을 너무 많이 보내기 시작하면 사용자가 알림 기능을 아예 꺼버릴 수 있음
    • 재시도 방법
      • 제3자 서비스가 알림 전송에 실패하면 해당 알림을 재시도 전용 큐에 넣음
      • 같은 문제가 계속해서 발생하면 개발자에게 통지
    • 푸시 알림과 보안
      • iOS와 Android 앱의 경우, 알림 전송 API는 appKey와 appSecret을 사용하여 보안을 유지
      • 따라서 인증된, 혹은 승인된 클라이언트만 해당 API를 사용하여 알림을 보낼 수 있음
    • 큐 모니터링
      • 알림 시스템을 모니터링 할 때 중요한 메트릭(Metric) 하나는 큐에 쌓인 알림의 개수
      • 이 수가 너무 크면 작업 서버들이 이벤트를 빠르게 처리하고 있지 못하다는 뜻
      • 그런 경우에는 작업 서버를 증설하는 것이 바람직
    • 이벤트 추적
      • 알림 확인율, 클릭율, 실제 앱 사용으로 이어지는 비율 같은 메트릭은 사용자를 이해하는데 중요
      • 데이터 분석 서비스는 보통 이벤트 추적 기능도 제공
  • 수정된 설계안
    
    • 알림 서버에 인증과 전송률 제한 기능 추가
    • 전송 실패에 대응하기 위한 재시도 기능 추가 → 전송에 실패한 알림은 다시 큐에 넣고 지정된 횟수만큼 재시도
    • 전송 템플릿을 사용하여 알림 생성 과정을 단순화하고 알림 내용의 일관성을 유지
    • 모니터링과 추적 시스템을 추가하여 시스템 상태를 확인하고 추후 시스템을 개선하기 쉽도록 함
• 마무리
  • 심도있게 알아본 내용
    • 안정성(Reliability) : 메시지 전송 실패율을 낮추기 위해 안정적인 재시도 메커니즘을 도입
    • 보안(Security) : 인증된 클라이언트만이 알림을 보낼 수 있도록 appKey, appSecret 등의 메커니즘을 이용
    • 이벤트 추적 및 모니터링 : 알림이 만들어진 후 성공적으로 전송되기까지의 과정을 추적하고 시스템 상태를 모니터링하기 위해 알림 전송의 각 단계마다 이벤트를 추적하고 모니터링할 수 있는 시스템을 통합
    • 사용자 설정 : 사용자가 알림 수신 설정을 조정할 수 있도록 함. 따라서 알림을 보내기 전 해당 설정을 확인하도록 시스템 설정을 변경