🚦 다중 유저 동시성 제어 ‐ 싱글톤, 뮤텍스

분야	작성자	작성일
BE	김성환	24년 12월 02일

어떤 문제인가요?

• 주춤주춤 서비스는 한국투자증권의 웹소켓을 이용해 유저에게 주가 정보와 같은 실시간 정보를 서빙한다.
  • 하나의 계좌는 웹소켓을 하나를 가질 수 있고, 웹소켓을 바탕으로 총 41개의 다른 데이터를 받을 수 있다.
  • 현재 확보된 계좌는 4개로 총 164개의 데이터를 실시간으로 주식데이터를 받을 수 있다.

현재 구조

graph
  A[class LiveData] -. inject .-> B[class Stock]

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• 현재 stock.gateway.ts에서는 livedata를 의존하는 형식으로 되어 있고, LiveData의 subscribe, unsubscribe을 사용해 웹소켓 구독과 구독 해제를 관리하고 있다.

문제 발생 코드

  //stock.gateway
  @SubscribeMessage('connectStock')
  async handleConnectStock(
    @MessageBody() stockId: string,
    @ConnectedSocket() client: Socket,
  ) {
    client.join(stockId);

    const connectedSockets = await this.server.in(stockId).fetchSockets();

    if (connectedSockets.length > 0 && !this.liveData.isSubscribe(stockId)) {
      this.liveData.subscribe(stockId);
    }

    client.emit('connectionSuccess', {
      message: `Successfully connected to stock room: ${stockId}`,
      stockId,
    });
  }

  async handleDisconnectStock(
    @MessageBody() stockId: string,
    @ConnectedSocket() client: Socket,
  ) {
    client.leave(stockId);

    const connectedSockets = await this.server.in(stockId).fetchSockets();

    if (connectedSockets.length === 0) {
      this.liveData.unsubscribe(stockId);
    }

    client.emit('disconnectionSuccess', {
      message: `Successfully disconnected to stock room: ${stockId}`,
      stockId,
    });
  }

해당 문제가 왜 발생했나요?

• 해당 문제는 많은 사용자가 방에 참여하고, 나가는 과정에서 발생할 수 있다.
  • 만약, 많은 사용자가 방에 동시에 참여하면 livedata.subscribe가 동시에 발생해서 원하지 않는 여러개의 subscribe가 발생할 수 있다.
  • 유저가 나가면서 순간적으로 유저 수가 0명이 되면서 subscribe가 없어질 수 있고, 이럴 경우 유저가 존재하는 데 주식의 현재 데이터를 받을 수 없는 문제가 있다.

문제를 어떻게 해결했나요?

• nestjs적으로 해결할 수 있는 방법을 검색했으나(interceptor 등) 비즈니스 로직에는 어울리지 않는 다는 생각이 들었다.
  • 주식 페이지에 들어왔을 때 요청을 거부하는 것이 아닌 목업 데이터라도 보여야 하고, 따라서 mutex를 이용한 동시성 제어가 더 합당하다는 생각이 들었다.
• nodejs에서 지원하는 async-mutex 외부 라이브러리를 사용해 같은 뮤텍스를 공유한 상태에서 동시성 제어를 하는 방향을 고려했다.
• 문제는 뮤텍스를 적용했을 때, 임계 구역을 다른 부분에서 접근하지 않는다는 보장이 필요하다.

전역 뮤텍스를 사용하는 방법

• 전역 뮤텍스를 사용하는 것은 뮤텍스 관리 측면에서는 좋지만, 그 외 부분에서는 모두 안 좋다.
  • 잘못된 사용으로 인한 dead lock, 뮤텍스 남발로 인한 성능 저하가 우려된다.

싱글톤 + 뮤텍스

• 뮤텍스를 관리하는 클래스, 임계 구역 내의 클래스 두 부분이 싱글톤으로 구성되어 있어야 한다
  • 이런 방법을 도입하는 것이 현재 단일 서버 구조에서는 어울린다고 생각했다.

1. 싱글톤

• nestjs에서는 Injectable데코레이터가 있으면서, 같은 모듈하에 있으면 싱글톤 객체를 보장한다.

  • 만약, 다른 모듈에서 사용해야한다면, module에서 export를 이용해 서비스를 다른 모듈에서 사용할 수 있게 만들어야 한다.

• 싱글톤이 보장되게 Injectable 데코레이터를 추가하고, liveData서비스를 주입받는 방식으로 변경했다.

  @Injectable()
  export class StockGateway {
    @WebSocketServer()
    server: Server;
    private readonly mutex = new Mutex();
  
    constructor(private readonly liveData: LiveData) {}
    //이하 생략

2. Mutex

StockGateway에서 최소 단위로 mutex를 걸었다.

• 현재 소켓에 접속되어 있는 유저를 검사하고, 구독되었는 지를 검사하게 처리해주었다.

@SubscribeMessage('connectStock')
  async handleConnectStock(
    @MessageBody() stockId: string,
    @ConnectedSocket() client: Socket,
  ) {
    client.join(stockId);

		// 추가된 부분
    await this.mutex.runExclusive(async () => {
      const connectedSockets = await this.server.in(stockId).fetchSockets();

      if (connectedSockets.length > 0 && !this.liveData.isSubscribe(stockId)) {
        this.liveData.subscribe(stockId);
      }
    });

    client.emit('connectionSuccess', {
      message: `Successfully connected to stock room: ${stockId}`,
      stockId,
    });
  }

  async handleDisconnectStock(
    @MessageBody() stockId: string,
    @ConnectedSocket() client: Socket,
  ) {
    client.leave(stockId);

    await this.mutex.runExclusive(async () => {
      const connectedSockets = await this.server.in(stockId).fetchSockets();

      if (connectedSockets.length === 0) {
        this.liveData.unsubscribe(stockId);
      }
    });

    client.emit('disconnectionSuccess', {
      message: `Successfully disconnected to stock room: ${stockId}`,
      stockId,
    });
  }

• 다만, 이런 방식의 구현은 동시에 유저가 들어오고, 나가는 부분에서 뮤텍스를 공유하므로써 성능저하가 발생할 수 있다.
• 또한, 다중 서버 환경하에서는 임계 구역을 다른 서버에서 접근 가능하므로 이런 해결방법으로는 쉽게 문제를 해결할 수 없다.

참고 자료

Node.js에서 공유 리소스에 대한 동기화를 위한 async-mutex 사용

Inject nestjs service from another module