[redis] 자료구조 및 기능, 서버 구조

먼저 redis와 rdb를 선택하는데에 있어서 스토리지와 메모리의 특성을 이해하고있으면 어떤 기술을 선택해야하는지 방향성을 잡을 수 있다.

메모리(rem)	용량이 적다	비쌈	휘발성 저장(임시저장)	성능 빠름
스토리지	용량이 많다	저렴	영구저장	성능 느림

redis는 메모리 기반의 db이며 위 특성을 이해하면 쉬워진다.

데이터 주소 찾기와 해시 함수

컴퓨터에서 데이터베이스에 있는 데이터 "주소" 찾으려면 보통 full scan을 해야 함. 즉, 모든 데이터를 일일이 훑어보는 O(n) 복잡도가 들어가서 시간이 오래 걸릴 수 있음. 반면, Redis는 key-value 구조로 해시테이블 사용해서 원하는 키값을 거의 O(1) 시간에 찾아옴. 실제로 어떤 값을 해시함수에 넣으면 난수 같은 주소가 나오고, 같은 입력값엔 항상 같은 결과값을 반환하는 게 해시 함수임. 덕분에 Redis는 특정 키를 순식간에 찾을 수 있음.

rdb(관계형 DB)에서 인덱스를 사용해 검색 속도를 높일 수 있지만, 해시 구조와 메모리 기반 연산의 Redis가 훨씬 빠르게 동작함. 이 원리는 비트코인이나 여러 서비스에도 쓰임.

• https://www.convertstring.com/ko/Hash/SHA256
• 새로고침을 하더라도 jhon이라는 key는 항상 같은 난수를 뱉어내고 있다

redis의 주요 특징

• 고성능의 키-값(key-value) 저장소로, 거대한 맵(Map) 데이터 저장소형태를 가지고 데이터를 메모리에 저장하여 빠른 읽기와 쓰기를 지원
• 주로 캐싱, 인증 관리, DB동시성 제어 등에서 다양한 목적으로 사용
• key-value로 구성된 단순화된 데이터 구조로 sql 쿼리 사용 불필요
• 빠른 성능 ⭐⭐⭐
  • 인메모리 NoSQL 데이터베이스로서 빠른 성능
    • rdb는 기본적으로 disk에 저장이고 필요시에 메모리에 캐싱하는 것이므로, rdb보다 훨씬 빠른 성능
    • redis의 메모리상의 데이터는 주기적으로 스냅샷 disk에 저장
  • key-value는 구조적으로 해시 테이블을 사용함으로서 매우 빠른 속도로 데이터 검색 가능
• Single Thread 구조로 동시성 이슈 발생X ⭐⭐⭐
• 윈도우 서버에서는 지원하지 않고, linux서버 및 macOS등에서 사용 가능

Docker 기반 Redis 설치 및 접속법

윈도우에 직접 Redis 설치는 잘 안 되므로 주로 Docker로 띄우는 방식임.

• docker run --name redis-container -d -p 6379:6379 redis 명령으로 docker에 Redis 컨테이너 생성.
• docker ps로 컨테이너 목록 확인 가능함.
• 접속하려면, docker exec -it [컨테이너ID] redis-cli로 컨테이너 안에서 redis-cli 실행해야 함.

Redis 자료구조 정리

• string: 기본 key-value 저장. set, get, del 등등 사용. nx/ex 옵션으로 조건부/유효기간 지정 가능.
• list: lpush, rpush로 값 추가. deque 구조로 앞/뒤로 밀고 당김. lrange로 부분 조회, lpop/rpop으로 제거.
• set: 중복 없는 집합. sadd로 멤버 추가, smembers로 전체 조회, sismember로 특정값 포함여부 확인.
• sorted set(zset): score 값으로 정렬. zadd로 추가, zrange/zrevrange로 순서대로 조회.
• hash: 필드-값 구조(map과 비슷). hset/hget/hgetall 등으로 조작. 객체의 속성이나 관계형 DB의 행 비슷하게 사용 가능.[9][11]

주요 활용 예시

• 실시간 좋아요/재고 관리: incr/decr로 카운팅

  set likes:posting:1 0 # redis는 기본적으로 모든 key, value가 문자열. 따라서 0으로 세팅해도 내부적으로 "0"으로 저장(연산가능)
  incr likes:posting:1 # 특정 key 값의 value를 1만큼 증가
  decr likes:posting:1 # 특정 key 값의 value를 1만큼 감소

• 로그인 토큰: set으로 저장 후 ex 옵션으로 만료시간 지정

set user:1:refresh_token abcdexxxxxx ex 1800 # 30분이 지나면 redis에 저장된 토큰이 불일치하게 되어서 (사라져서) 로그아웃 상태가 됨

• JSON 데이터 캐싱

set member:info:1 "{\"name\":\"hong\", \"email\":\"hong@daum.net\", \"age\":30}" ex 1000

• 최근 방문/조회 로그: list나 zset으로 저장
• 집합성 집계: set 자료구조로 중복 없이 저장 및 조회
• 해시(map)로 복잡한 객체 저장: hash 구조 활용

Redis와 Full Scan 이슈

Redis도 full scan(전체 키 조회)은 O(n)이라서 데이터가 진짜 많아지면 일반 DB의 full scan보다 느려질 수 있음. SCAN/KEYS 명령은 전체를 훑기 때문에 대용량에서는 사용 주의해야함. 인덱스나 특화 구조(예: set/zset)가 있으면 빠르게 집계할 수 있음.

Redis Pub/Sub와 Streams

• Pub/Sub: 메시지 저장 없이, 빠르게 전파. 메시지 유실 가능성 있음. 실시간 알림/채팅에 좋음.
• Streams: 메시지 저장해주지만 성능은 느림. 유실 적은 편. 안정적인 메시지 저장 필요할 땐 Kafka 같은 솔루션 추천.

서버 구조

• Redis는 레플리카, 클러스터로 확장 가능함. RDB의 샤딩 구조랑 비슷해서 직접 셋업은 어려움. AWS 같은 클라우드 서비스 활용이 일반적임.