[Spring Boot] Redis로 랭킹 기능 구현하기

 운동 모임 프로젝트에서 팀 랭킹을 맡아서 구현했다. 팀 랭킹 기능은 스포츠 종류마다 경기, 승, 무, 패, 레이팅 수로 정렬된 상위 10개의 팀의 정보를 제공하는 기능이다.

 

 

 

 

 

 

왜 Redis인가?

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 랭킹 기능은 서비스의 핵심 기능 중 하나로 조회가 빈번하기 때문에 데이터가 많으면 느려진다는 문제가 있었다. 이전에는 Redis를 사용하지 않고, Spring Data JPA로 조건(운동 종류, 게임 타입, 정렬 조건)에 해당하는 RDB(MySQL)를 조회하여 팀 랭킹 기능을 구현했었다.

 

`getTop10BySportsAndGameTypeOrderByPointDesc(sports, gameType)`

(SQL로 ORDER BY를 쓴 것이나 마찬가지이다.)

 

 

 하지만 문제가 랭킹 조회시마다 ORDER BY 연산이 발생하게 된다는 것이다. 인덱스를 사용해 성능을 높일 수도 있겠지만, 매번 디스크에 접근하여 데이터를 조회하는 것은 부담이 된다.

 

 

조회할 때마다 데이터를 매번 정렬하는 것이 아니라, 정렬된 데이터를 따로 가지고 있다가 조회하는 것이 좋을 것이다.

 

Redis는 NoSQL로서 다양한 자료구조를 지원하는데, Sorted Set을 지원한다. Sorted Set은 데이터를 항상 정렬된 상태로 유지한다. 그리고 Redis는 인메모리 기반의 데이터베이스로 메모리에 접근하기 때문에 데이터 처리 속도는 빠르다.

 

 

 

 

 

Sorted Set 사용

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 Sorted Set은 key 하나에 여러개의 {value , score}가 들어가게 된다.

 

• key : 정렬 조건
• member : teamId
• score : 경기 수 or 승 횟수 or 무 횟수 or 패 횟수 or 포인트

 

 

 하지만 운동 종류와 타입별, 정렬 조건별로 각각 Redis Sorted Set을 가지고 있는 것이 맞는지 의문이 들었다. 경기 종류가 농구, 축구, 배드민턴으로 3개이고, 타입이 각 운동별로 2개씩이고, 정렬 조건은 경기, 승, 무, 패, 레이팅으로 5개가 된다. 나올 수 있는 조합의 수가 3 * 2 * 5로 30가지가 된다.

 

 그래서 key를 어떻게 구성해야할지 고민이 되었다. 모든 경우의 수마다 key를 따로 네이밍을 하고, 네이밍한 것을 가지고 조건문을 걸어 데이터를 삽입 및 조회해야하는 것을 생각하니 아득했다.

 

그런데 생각보다 간단하게 해결되었다. key를`sports+gameType+sortType`와 같이 이어붙이면, 경우의 수를 생각할 필요가 없어진다.

 

 

 

 

 

구현하기

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시퀀스다이어그램 (랭킹 조회)

 

• 1. 클라이언트에서 스포츠 종류, 게임 타입, 정렬 조건에 맞는 랭킹 정보를 요청한다.
• 2. Redis에서 요청을 key(sports+gameType+sortType)로 하는 상위 10개 팀을 검색한다.
• 3. Redis에서 상위 10개 팀의 id를 반환한다.
• 4. RDB에서 상위 10개 팀을 검색한다.
• 5. RDB에서 상위 10개 팀의 정보를 클라이언트에 반환한다.

 

 

 

 

 

RedisRepository

RedisTemplate를 사용해 Redis의 데이터에 접근했다.

 

@Repository
public class RankingRedisRepository {
    @Autowired
    private RedisTemplate redisTemplate;
    private ZSetOperations<String, String> zSetOperations ;

    private final int START = 0;
    private final int END = 9;

    @PostConstruct
    private void init() {
        zSetOperations = redisTemplate.opsForZSet();
    }

    public void save(String sports, String gameType, String sortType, int teamId, int score) {
        String key = sports + gameType + sortType;
        zSetOperations.add(key, Integer.toString(teamId), score);
    }

    public List<Integer> getTeamRanking(String sports, String gameType, String sortType) {
        String key = sports + gameType + sortType;
        Set<String> idSet = zSetOperations.reverseRange(key, START, END);

        return idSet.stream().map(Integer::parseInt).collect(Collectors.toList());
    }
}

 

 

`getTeamRanking`

• sports, gameType, sortType에 해당하는 상위 10개의 데이터를 조회한다.
• 조회하면 teamId의 `Set<String>`이 반환된다. 팀 리스트를 조회하기 위해 `findAllByTeamIdIn`을 쓰게 될 것인데, `List<Integer>`가 필요하기 때문에 Integer의 List로 변환했다.

 

 

 

 

RankingService

@Service
@Transactional
public class RankingServiceImpl implements RankingService {
    @Autowired
    private RankingRedisRepository rankingRedisRepository;
    @Autowired
    private TeamJPARepository teamJPARepository;

    @Override
    public List<Team> viewRanking(String sports, String gameType, String sort) {
        List<Integer> teamIdList = rankingRedisRepository.getTeamRanking(sports, gameType, sort);
        List<Team> teamList = teamJPARepository.findAllByTeamIdIn(teamIdList);
        sortBySortType(sort, teamList);
        return teamList;
    }

    private void sortBySortType(String sort, List<Team> teamList) {
        switch (sort) {
            case "times" : teamList.sort(Comparator.comparing(Team::getMatchTimes).reversed()); break;
            case "win" : teamList.sort(Comparator.comparing(Team::getWin).reversed()); break;
            case "draw" : teamList.sort(Comparator.comparing(Team::getDraw).reversed()); break;
            case "lose" : teamList.sort(Comparator.comparing(Team::getLose).reversed()); break;
            case "rating" : teamList.sort(Comparator.comparing(Team::getPoint).reversed()); break;
        }
    }
}

 

 

`viewRanking`

• 검색 조건 sports, gameType, sortType에 해당하는 데이터 10개를 Redis에서 조회
• `findAllByTeamIdIn`로 RDB에서 데이터 조회
• sortType에 따라 리스트를 다시 정렬

 

`findAllByTeamIdIn`을 통해 teamList를 가져오게 되면, 해당 메소드 실행 전 sorted set에 의해 정렬되었던 순서가 아니라 teamId 순서대로 반환한다. 그래서 다시 정렬 조건에 따라 teamList를 정렬시켜야 했다.

 

 

 

 

 

테스트 코드

@Test
@DisplayName("viewRanking")
void test1() {
	String sports = "농구";
    String gameType = "3vs3";
    String sortType = "rating";

    List<Team> teamList = rankingService.viewRanking(sports, gameType, sortType);
    Assertions.assertThat(teamList.size()).isEqualTo(10);
}

 

 

 

 

 

 

성능 테스트

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 얼마나 랭킹 조회 기능의 성능이 개선되었는지를 알고 싶었다. 그래서 성능을 테스트 할 시나리오를 하나 정했다.

 

"10만개의 데이터를 동시에 100명이 조회했을 때 걸리는 API 응답 시간 측정하기"

 

 

 

 

테스트를 위해 RDB에 10만개의 팀의 데이터를 생성해 넣었고, 이를 바탕으로 Redis에서도 10만 개 팀의 랭킹 데이터를 넣었다.

그리고 동시에 100명이 API를 조회하는 상황에서의 테스트를 위해 JMeter를 활용하여 부하테스트를 진행했다.

 

 

 

테스트 결과

 

약 1/10 정도 개선된 것을 확인할 수 있다.