주문기능을 구현하면서 많은 동시 요청이 들어왔을 때 재고 정합성 문제가 발생하였다. 기존에 구현했던 방식은 다음과 같다.
기존의 주문 기능
기존의 주문기능은 여러 개의 물건을 한번에 주문하였을 때 redis를 통해 재고를 바로 확인하고 재고가 있으면 주문을 하고 재고를 감소시키도록 구현하였다.
문제가 발생하는 상황
주문이 동시에 들어왔을 때, 첫 번째 주문에 대해서 id가 1인 물건에 대해서 재고확인을 한 후 두 번째 주문에 대해서 id가 1인 물건에 대해 재고확인을 하면, 둘 다 재고 확인에 성공할 것이다.
이렇게 되면 5개의 재고밖에 없는데 7개의 주문만이 성공할 것이다.
그럼 재고를 확인할 때 바로 재고를 감소시키면 어떨까?
위 플로우와 같이 두번째 주문에 대해 취소가 되기 때문에 문제가 없어 보인다. 하지만 이렇게 구현을 해도 문제가 발생한다.
만약에 첫번째 주문이 id 2인 물건에 대해 재고 부족으로 실패하였다고 가정해보자. 그러면 2개의 주문이 모두 실패하게 된다. 여기서 발생하는 문제는 크게 2가지이다.
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재고가 남았음에도 주문실패.
첫번째 주문이 결론적으로 실패하였음에도, 두번째 주문에서 id 1인 물건을 구매하지 못하였다. 사용자에게는 재고 부족이라는 메시지가 왔겠지만, 사실 재고가 남아있는 것이다. -
기존 재고에 대한 롤백 필요
같은 주문내에서 다른 물건에 대한 재고확인시 재고가 없으면 기존의 감소시켰던 재고를 다시 원상복구 시켜야한다.
Lua Script를 활용해서 주문 기능 원자성 보장
Lua(루아) Script란?
Lua Script는 굉장히 작고 가벼운 인터프리터형 언어이다. 제일 큰 인터프리터가 300KB정도로 매우 작고 빠르다. Python, Ruby와 비교해도 수십배 정도가 더 빠르다.
Redis에서 Lua Script
지금까지 Redis는 CLI 명령어로만 동작하는 줄 알았다. Spring에서 사용할 때도 Template만 사용해서 문제를 해결하려고 하였다.
하지만 Redis에서는 Lua Script를 통해 복잡한 명령에 대해서 원자성을 보장하면서 연산을 할 수 있다.
Lua Script로 주문 기능 수정
String luaScript = """
local commands = {}
for i = 1, #ARGV, 3 do
local key = KEYS[(i+2)/3]
local max_stock = tonumber(ARGV[i])
local increment = tonumber(ARGV[i + 1])
local acc_key = ARGV[i + 2]
local current_acc_stock = tonumber(redis.call('GET', acc_key) or '0')
local new_acc_stock = current_acc_stock + increment
-- redis.call('SET', acc_key, new_acc_stock)
local current_stock = tonumber(redis.call('GET', key) or '0')
local new_stock = current_stock + increment
if new_stock > max_stock then
return redis.error_reply('Stock limit exceeded for key: ' .. key)
end
-- redis.call('SET', key, new_stock)
table.insert(commands,key)
table.insert(commands,new_stock)
end
for i =1, #commands, 2 do
local key = commands[i]
local value = tonumber(commands[i+1])
redis.call('SET', key, value);
end
return 'OK'
""";
public void redisStockUpdate(List<OrderRequest> orderRequestList, HashMap<Long,Integer> maxStockMap) throws RedisSystemException{
HashMap<String,OrderStockDTO> keyCountMap =orderRequestListToHashMap(orderRequestList,maxStockMap);
List<String> keyList = new ArrayList<>(keyCountMap.keySet());
List<OrderStockDTO> orderStockDTOList = new ArrayList<>(keyCountMap.values());
List<String> args = new ArrayList<>();
for(OrderStockDTO orderStock : orderStockDTOList){
args.add(orderStock.getMaxStock().toString());
args.add(orderStock.getOrderCount().toString());
}
RedisScript<String> redisScript = new DefaultRedisScript<>(luaScript, String.class);
redisTemplate.execute(redisScript, keyList, args.toArray());
}Lua Script를 활용해 재고를 확인하고 주문해서 재고를 감소시키는 동작을 주문별로 한번에 실행하도록 구현하였다. 이를 통해서 2가지 문제를 해결할 수 있었다.
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주문별 원자성 보장을 통해 재고에 대한 정확도 보장
Lua Script를 통해 주문별로 원자성을 보장하여 재고를 소진시키기 때문에 다른 주문과 동시에 요청이 들어와도 정합성의 문제를 일으키지 않는다. -
주문별 원자성으로 인해 재고 부족시 주문에 대해 롤백
같은 주문내에서 특정 물건의 재고 부족으로 소진되면 같은 주문에 대한 명령어가 실행되지 않게 구현하였기 때문에 다시 되돌리는 작업을 수행하지 않아도 된다.
Redis는 Rollback이 되지 않는다?
처음에는 LuaScript 하나의 for문에서 주석처리한 것과 같이 key를 set하는 명령을 추가하려 하였으나 Redis는 성능을 위해서 Rollback을 제공하지 않기 때문에 재고 확인이 모두 확인 되어야 명령이 실행되도록 작업하였다.
동작
결론
Redis에서 Lua Script를 실행해서 주문별로 원자성을 보장하는 연산을 구현해 동시성문제를 해결할 수 있습니다. Redis가 싱글스레드로 동작하기 때문에 사용만으로 동시성 문제가 발생하지 않는다고 생각했지만 특정 기능에서는 원자성을 보장하지 않으면 동시성 문제가 발생할 수 있다는 것을 알게 되었다.
생각해보아야 할 문제
주문이 동시에 정말 많이 들어오면 어떨까? Lua Script를 처음 사용해보는 거라 속도가 어떻게 될지 모르겠다. 레디스는 싱글 스레드로 동작하기 때문에 동시에 많은 요청이 왔을 때 각각을 빠르게 처리하지 못하면 DeadLock에 빠질 수 있을 것이다. 이는 다음에 부하테스트를 통해 알아보도록 하겠다.
