11. 뉴스 피드 시스템 설계

• 문제 이해 및 설계 범위 확정
  • 모바일 앱과 웹 둘 다 지원
  • 뉴스 피드 페이지에 새로운 스토리를 올릴 수 있어야 하고, 친구들이 올리는 스토리를 볼 수 있어야 함
  • 시간 흐름 역순으로 표시
  • 매일 천만 명이 방문한다고 가정
• 개략적 설계안 제시 및 동의 구하기
  • 뉴스 피드 API
    • 클라이언트가 서버와 통신하기 위해 사용하는 수단
    • 피드 발행 API
      • 새 스토리를 포스팅하기 위한 API
      • 인자
        • 바디(Body) : 포스팅 내용에 해당
        • Authorization 헤더 : API 호출을 인증하기 위해 사용
    • 피드 읽기 API
      • 뉴스 피드를 가져오는 API
      • 인자
        • Authorization 헤더 : API 호출을 인증하기 위해 사용
  • 피드 발행
    
    • 사용자 : 모바일 앱이나 브라우저에서 새 포스팅을 올리는 주체
    • 로드밸런서 : 트래픽을 웹 서버들로 분산
    • 웹 서버 : HTTP 요청을 내부 서비스로 중계
    • 포스팅 저장 서비스 : 새 포스팅을 DB와 캐시에 저장
    • 포스팅 전송 서비스 : 새 포스팅을 친구 뉴스 피드에 푸시. 뉴스 피드 데이터는 캐시에 보관하여 빠르게 읽어갈 수 있도록 함
    • 알림 서비스 : 친구들에게 새 포스팅이 올라왔음을 알리거나, 푸시 알림을 보내는 역할
  • 뉴스 피드 생성
    
    • 사용자 : 뉴스 피드를 읽는 주체
    • 로드 밸런서 : 트래픽을 웹 서버들로 분산
    • 웹 서버 : 트래픽을 뉴스 피드 서비스로 보냄
    • 뉴스 피드 서비스 : 캐시에서 뉴스 피드를 가져오는 서비스
    • 뉴스 피드 캐시 : 뉴스 피드를 렌더링할 때 필요한 피드 ID를 보관
• 상세 설계
  • 피드 발행 흐름 상세 설계
    • 웹 서버
      • 클라이언트와 통신할 뿐 아니라 인증이나 처리율 제한 등의 기능도 수행
      • 올바른 인증 토큰을 Authorization 헤더에 넣고 API를 호출하는 사용자만 포스팅을 할 수 있어야 함
      • 스팸을 막고 유해한 콘텐츠가 자주 올라오는 것을 방지하기 위해서 특정 기간 동안 한 사용자가 올릴 수 있는 포스팅의 수에 제한을 두어야 함
    • 포스팅 전송(팬아웃) 서비스
      
      • 포스팅 전송(Fanout)은 어떤 사용자의 새 포스팅을 그 사용자와 친구 관계에 있는 모든 사용자에게 전달하는 과정
      • 두 가지 모델이 있음
        • 쓰기 시점에 팬아웃(Fanout-On-Write, Push 모델이라고도 함)
        • 읽기 시점에 팬아웃(Fanout-On-Read)
      • 쓰기 시점에 팬아웃
        • 새로운 포스팅을 기록하는 시점에 뉴스 피드를 갱신하게 됨
        • 포스팅이 완료되면 바로 해당 사용자의 캐시에 해당 포스팅을 기록
        • 장점
          • 뉴스 피드가 실시간으로 갱신되며 친구 목록에 있는 사용자에게 즉시 전송
          • 새 포스팅이 기록되는 순간에 뉴스 피드가 이미 갱신되므로 뉴스 피드를 읽는 데 드는 시간이 짧아짐
        • 단점
          • 친구가 많은 사용자의 경우 친구 목록을 가져오고 그 목록에 있는 사용자 모두의 뉴스 피드를 갱신하는 데 많은 시간이 소요될 수 있음 → 핫키(Hotkey)라고 부르는 문제
          • 서비스를 자주 이용하지 않는 사용자의 피드까지 갱신해야 하므로 컴퓨팅 자원이 낭비됨
      • 읽기 시점에 팬아웃
        • 피드를 읽어야 하는 시점에 뉴스 피드를 갱신
        • 요청 기반(On-Demand) 모델
        • 사용자가 본인 홈페이지나 타임라인을 로딩하는 시점에 새로운 포스트를 가져오게 됨
        • 장점
          • 비활성화된 사용자, 또는 서비스에 거의 로그인하지 않는 사용자의 경우 이 모델이 유리 → 로그인하기까지는 어떤 컴퓨팅 자원도 소모하지 않음
          • 데이터를 친구 각각에 푸시하는 작업이 필요 없으므로 핫키 문제도 생기지 않음
        • 단점
          • 뉴스 피드를 읽는 데 많은 시간이 소요될 수 있음
      • 팬아웃 모델의 두 가지 방법을 결합하여 장점은 취하고 단점을 버리는 전략
        • 뉴스 피드를 빠르게 가져올 수 있도록 하는 것은 아주 중요하므로 대부분의 사용자에 대해서는 푸시 모델을 사용
        • 친구나 팔로워가 아주 많은 사용자의 경우에는 팔로워로 하여금 해당 사용자의 포스팅을 필요할 때 가져가도록 하는 풀 모델을 사용하여 시스템 과부하를 방지
        • 안정 해시를 통해 요청과 데이터를 보다 고르게 분산하여 핫키 문제를 줄여볼 것
          
        1. 그래프 DB에서 친구 ID 목록을 가져옴 → 그래프 DB는 친구 관계나 친구 추천을 관리하기 적합
        2. 사용자 정보 캐시에서 친구들의 정보를 가져옴. 이후 사용자 설정에 따라 친구 가운데 일부를 거름
        3. 친구 목록과 새 스토리의 포스팅 ID를 메시지 큐에 넣음
        4. 팬아웃 작업 서버가 메시지 큐에서 데이터를 꺼내어 뉴스 피드 데이터를 뉴스 피드 캐시에 넣음
           • 뉴스 피드 캐시는 <포스팅 ID, 사용자 ID>의 순서쌍을 보관하는 매핑 테이블. 따라서 새로운 포스팅이 만들어질 때마다 캐시에 레코드들이 추가
           • 사용자 정보와 포스팅 정보 전부를 이 테이블에 저장하지 않는 이유는 메모리 요구량이 지나치게 늘어날 수 있기 때문. 따라서 ID만 보관
           • 어떤 사용자가 뉴스 피드에 올라온 수천 개의 스토리를 전부 훑어보는 일이 벌어질 확률은 낮음 → 따라서 캐시 미스가 일어날 확률은 낮음
  • 피드 읽기 흐름 상세 설계
    
    • 이미지나 비디오와 같은 미디어 콘텐츠는 CDN에 저장하여 빨리 읽어갈 수 있도록 함
    • 클라이언트가 뉴스 피드를 읽어가는 단계
      1. 사용자가 뉴스 피드를 읽으려는 요청을 보냄
      2. 로드밸런서가 요청을 웹 서버 가운데 하나로 보냄
      3. 웹 서버는 피드를 가져오기 위해 뉴스 피드 서비스를 호출
      4. 뉴스 피드 서비스는 뉴스 피드 캐시에서 포스팅 ID 목록을 가져옴
      5. 뉴스 피드에 표시할 사용자 이름, 사용자 사진, 포스팅 콘텐츠, 이미지 등을 사용자 캐시와 포스팅 캐시에서 가져와 완전한 뉴스 피드를 만듬
      6. 생성된 뉴스 피드를 JSON 형태로 클라이언트에 보냄. 클라이언트는 해당 피드를 렌더링
    • 캐시 구조
      
      • 뉴스 피드 : 뉴스 피드의 ID를 보관
      • 콘텐츠 : 포스팅 데이터를 보관. 인기 콘텐츠는 따로 보관
      • 소셜 그래프 : 사용자 간 관계 정보를 보관
      • 행동(Action) : 포스팅에 대한 사용자의 행위에 관한 정보를 보관. 포스팅에 대한 ‘좋아요’, 답글 등
      • 횟수(Counter) : ‘좋아요’ 횟수, 응답 수, 팔로워 수, 팔로잉 수 등의 정보를 보관
• 마무리
  • 보완할 점
    • DB 규모 확장
      • 수직적 규모 확장 vs 수평적 규모 확장
      • SQL vs NoSQL
      • 주-부 다중화
      • 복제본에 대한 읽기 연산
      • 일관성 모델
      • DB 샤딩
    • 웹 계층(Web Tier)을 무상태로 운영
    • 가능한 한 많은 데이터를 캐시할 방법
    • 여러 데이터 센터를 지원할 방법
    • 메시지 큐를 사용하여 컴포넌트 사이의 결합도 낮추기
    • 핵심 메트릭(Key Metric)에 대한 모니터링
      • 트래픽이 몰리는 시간 대의 QPS, 사용자가 뉴스 피드를 새로고침 할 때의 지연시간 등