Spring Boot 실시간 채팅 서버 구현 (4) - RabbitMQ

개요

이번 글에서는 WAS 이중화를 적용하고 생긴 문제점을 해결하는 과정을 살펴보려 한다.

 

[10k-Chat] Spring Boot 실시간 채팅 서버 구현 (2) - WAS 이중화

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WAS 이중화로 생긴 문제점

WebSocket 연결은 WAS별로 개별적으로 유지된다.

그렇기 때문에 두 명의 사용자가 서로 다른 WAS의 WebSocket에 연결되면 서로 채팅을 할 수 없는 문제가 발생한다.

 

위와 같은 문제를 해결하기 위해 RabbitMQ를 도입하기로 했다.

 

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RabbitMQ란?

RabbitMQ는 오픈 소스 메시지 브로커(Message Broker)로, 애플리케이션 간 메시지를 송수신하는 역할을 한다.

AMQP(Advanced Message Queuing Protocol)를 기본으로 지원하며, 다양한 프로토콜과 플러그인을 통해 확장 가능하다.

 

[SpringBoot] AMQP란?

주요 특징

• 비동기 메시지 처리 : 메시지를 큐에 저장하고 소비자가 이를 처리하는 방식으로 비동기 통신을 지원
• 높은 확장성 : 여러 개의 노드를 클러스터링하거나 Federation, Shovel 같은 기능을 활용해 메시지를 분산 처리 가능
• 다양한 프로토콜 지원 : AMQP뿐만 아니라 MQTT, STOMP 등 다양한 프로토콜을 지원
• 내구성 보장 : 메시지를 디스크에 저장하거나 여러 개의 큐에 복제하여 신뢰성을 확보
• 다양한 언어 지원 : Java, Python, Go, C# 등 다양한 프로그래밍 언어에서 사용 가능

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RabbitMQ 설치

docker-compose.yaml

Docker-Compose를 이용해 RabbitMQ를 설치한다.

services:
  rabbitmq:
    image: rabbitmq:management-alpine
    container_name: rabbitmq
    restart: always
    hostname: rabbitmq
    volumes:
      - /containers/data/rabbitmq/etc/:/etc/rabbitmq/
      - /containers/data/rabbitmq/data/:/var/lib/rabbitmq/
      - /containers/data/rabbitmq/logs/:/var/log/rabbitmq/
    ports:
      - "5672:5672" # AMQP
      - "15672:15672" # Web UI
      - "61613:61613" # STOMP
    environment:
      TZ: "Asia/Seoul"
      RABBITMQ_ERLANG_COOKIE: rabbitmqCookie
      RABBITMQ_DEFAULT_USER: admin
      RABBITMQ_DEFAULT_PASS: 1234
    networks:
      - spring-10k-chat-network
      
networks:
  spring-10k-chat-network:
    external: true

enabled_plugins

/etc 볼륨으로 지정한 경로에 해당 파일을 작성한다.

나의 경우는 /containers/data/rabbitmq/etc/enabled_plugins 이다.

[rabbitmq_management, rabbitmq_stomp].

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코드 설명

build.gradle.kts

RabbiMQ와 Reactor-Netty 라이브러리를 추가한다.

RabbitMQ Stream은 내부적으로 연결 시 Reactor-Netty를 사용하는데 spring-boot-starter-amqp에는 내장되어 있지 않기 때문에 임의로 추가해준다.

dependencies {
     // RabbitMQ
    implementation("org.springframework.boot:spring-boot-starter-amqp")

    // Reactor-Netty
    implementation("org.springframework.boot:spring-boot-starter-reactor-netty")
}

application.yaml

spring:
    rabbitmq:
        username: admin
        password: 1234
        host: localhost
        port: 5672
        stomp-port: 61613

RabbitConfig.kt

TopicExchange를 이용해 라우팅 키를 패턴 기반으로 처리해 메시지를 라우팅한다.

관례상 Queue나 Exchange 이름에 구분자로 .을 이용한다.

@Configuration
@EnableRabbit
class RabbitConfig(
    @Value("\${spring.rabbitmq.username}") private val username: String,
    @Value("\${spring.rabbitmq.password}") private val password: String,
    @Value("\${spring.rabbitmq.host}") private val host: String,
    @Value("\${spring.rabbitmq.port}") private val port: Int,
) {

    // Queue 등록
    @Bean
    fun queue() = Queue(CHAT_QUEUE_NAME, true)

    // Exchange 등록
    @Bean
    fun exchange(): TopicExchange {
        return TopicExchange(CHAT_EXCHANGE_NAME, true, false)
    }

    // Binding 등록
    @Bean
    fun binding(
        queue: Queue,
        exchange: TopicExchange
    ): Binding = BindingBuilder.bind(queue)
        .to(exchange)
        .with(ROUTING_KEY)

    // ConnectionFactory 등록
    @Bean
    fun connectionFactory(): ConnectionFactory {
        val factory = CachingConnectionFactory()
        factory.setHost(host)
        factory.username = username
        factory.setPassword(password)
        factory.port = port

        return factory
    }

    // RabbitTemplate 등록
    @Bean
    fun rabbitTemplate(): RabbitTemplate {
        val rabbitTemplate = RabbitTemplate(connectionFactory())
        rabbitTemplate.messageConverter = messageConverter()
        rabbitTemplate.routingKey = ROUTING_KEY

        return rabbitTemplate
    }

    // ListenerContainerFactory 등록
    @Bean
    fun simpleRabbitListenerContainerFactory(
        connectionFactory: ConnectionFactory
    ): SimpleRabbitListenerContainerFactory {
        val factory = SimpleRabbitListenerContainerFactory()
        factory.setConnectionFactory(connectionFactory)
        factory.setMessageConverter(messageConverter())

        return factory
    }

    // MessageConverter 등록
    @Bean
    fun messageConverter(): Jackson2JsonMessageConverter {
        val objectMapper = ObjectMapper()
        objectMapper.configure(SerializationFeature.WRITE_DATES_AS_TIMESTAMPS, true)
        objectMapper.registerModule(dateTimeModule())

        return Jackson2JsonMessageConverter(objectMapper)
    }

    @Bean
    fun dateTimeModule() = JavaTimeModule()

    companion object {
        private const val CHAT_QUEUE_NAME = "chat.queue"
        private const val CHAT_EXCHANGE_NAME = "chat.exchange"
        private const val ROUTING_KEY = "room.*"
    }
}

 

WebSocketConfig.kt

내장 STOMP 브로커를 사용할때와 크게 달라지는 점은 없다. 

주의할 점은 RelayPort에 stomp-port를 적어줘야 한다. 

@Configuration
@EnableWebSocketMessageBroker
class WebSocketConfig(
    private val stompInterceptor: StompInterceptor,
    private val stompErrorHandler: StompErrorHandler,
    @Value("\${spring.rabbitmq.username}") private val username: String,
    @Value("\${spring.rabbitmq.password}") private val password: String,
    @Value("\${spring.rabbitmq.host}") private val host: String,
    @Value("\${spring.rabbitmq.stomp-port}") private val stompPort: Int,
) : WebSocketMessageBrokerConfigurer {

    override fun configureMessageBroker(registry: MessageBrokerRegistry) {
        // 메시지 구독 설정
        registry.enableStompBrokerRelay("/queue", "/topic", "/exchange", "/amq/queue")
            .setAutoStartup(true)
            .setClientLogin(username)
            .setClientPasscode(password)
            .setSystemLogin(username)
            .setSystemPasscode(password)
            .setRelayHost(host)
            .setRelayPort(stompPort)

        // 메시지 발행 설정
        registry.setPathMatcher(AntPathMatcher("."))
        registry.setApplicationDestinationPrefixes("/pub")
    }

    override fun registerStompEndpoints(registry: StompEndpointRegistry) {
        registry.addEndpoint("/ws-stomp")
            .setAllowedOriginPatterns("*") // TODO : 배포 시 변경
            .withSockJS()

        registry.addEndpoint("/ws-stomp")
            .setAllowedOriginPatterns("*") // TODO : 배포 시 변경

        registry.setErrorHandler(stompErrorHandler)
    }

    override fun configureClientInboundChannel(registration: ChannelRegistration) {
        registration.interceptors(stompInterceptor)
    }
}

StompController.kt

내장 브로커 SimpMessageTemplate 대신 RabbitTemplate을 사용한다.

@RestController
class StompController(
    private val rabbitTemplate: RabbitTemplate,
    private val chatService: ChatService,
    private val authService: AuthService,
    private val chatRoomNotificationService: ChatRoomNotificationService,
) {
    
    @MessageMapping("chat.message.{chatRoomId}")
    fun chat(
        @DestinationVariable chatRoomId: String,
        request: MessageDto.Request,
        authentication: Authentication
    ) {
        // 닉네임 조회
        val nickname = authService.getMyInfo(authentication.name.toLong()).nickname

        // 채팅 저장
        chatService.saveChat(
            chatRoomId,
            request,
            authentication.name.toLong()
        )

        // 메시지 전송
        rabbitTemplate.convertAndSend(
            "chat.exchange",
            "chat.room.${chatRoomId}",
            MessageDto.Response.Message.of(nickname, request.message)
        )

        // 채팅방 실시간 갱신
        chatRoomNotificationService.sendToClient(
            chatRoomId,
            request.message
        )
    }
}

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실행 결과

Spring Boot를 실행하고 RabbitMQ 관리자 페이지에 들어가면 아래와 같이 chat.exchange와 chat.queue 가 생긴 걸 볼 수 있다.

채팅 또한 서로 다른 WAS에 연결되어도 잘 연동된다.

 

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부하 테스트 결과

인프라

	CPU(Core)	RAM(GB)
WAS1	2	2
WAS2	2	2
MariaDB	2	4
MongoDB	2	2

테스트 결과

 

내장 Broker를 사용할때와 비교해 크게 성능이 향상되지 않았다.

외부 Broker(RabbitMQ)를 사용하면 부하가 분산되어 더 좋은 성능이 나올 줄 알았다..

 

나의 추측으로는 RabbitMQ로 STOMP 프로토콜을 사용하면 사용자가 입장할 때마다 큐가 하나씩 생겨난다.

만약 5,000명이 동시에 입장하면 5,000개의 큐가 생긴다. 아마 이러한 이유 때문에 동시 접속자가 많으면 성능이 안나오는 것 같다.

혹시 다른 이유가 있다면 댓글로 알려주시면 감사하겠습니다,,,

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결론

RabbitMQ 도입으로 인해 WAS 이중화에서 발생하는 문제를 해결할 수 있었다. 다만 성능적인 이점은 크게 가져가지 못했다.

 

• STOMP 부하 테스트 코드 링크 : https://github.com/woong99/stomp-load-test-tool
• 백엔드 코드 : https://github.com/woong99/spring-chat
• 프론트엔드 코드 : https://github.com/woong99/spring-chat-front