Load Balancing 실무 활용 완벽 가이드

실무에서 바로 활용 가능한 로드 밸런싱 기법과 패턴을 학습합니다. Nginx, Node.js, Python을 활용한 다양한 로드 밸런싱 전략과 헬스 체크, 세션 관리 방법을 다룹니다.

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들어가며

이 글에서는 Load Balancing 실무 활용 완벽 가이드에 대해 상세히 알아보겠습니다. 총 12가지 주요 개념을 다루며, 각각의 개념에 대한 설명과 실제 코드 예제를 함께 제공합니다.

목차

1. Round_Robin_로드_밸런서
2. Weighted_Round_Robin
3. Least_Connections_알고리즘
4. Health_Check_구현
5. Sticky_Session_구현
6. IP_Hash_로드_밸런싱
7. Nginx_기본_설정
8. Nginx_가중치_및_헬스체크
9. Circuit_Breaker_패턴
10. Redis_기반_세션_공유
11. Response_Time_기반_라우팅
12. 종합_로드_밸런서_구현

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1. Round_Robin_로드_밸런서

개요

가장 기본적인 로드 밸런싱 방식으로 요청을 순차적으로 서버에 분배합니다. 간단하고 효율적이며 서버 부하가 균등할 때 적합합니다.

코드 예제

class RoundRobinBalancer {
  constructor(servers) {
    this.servers = servers;
    this.current = 0;
  }

  getNext() {
    const server = this.servers[this.current];
    this.current = (this.current + 1) % this.servers.length;
    return server;
  }
}

설명

인덱스를 순환하며 다음 서버를 선택하고, 배열 끝에 도달하면 다시 처음으로 돌아갑니다.

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2. Weighted_Round_Robin

개요

서버의 성능에 따라 가중치를 부여하여 더 강력한 서버에 더 많은 요청을 분배합니다. 서버 스펙이 다를 때 유용합니다.

코드 예제

class WeightedBalancer {
  constructor(servers) {
    this.pool = servers.flatMap(s =>
      Array(s.weight).fill(s.url)
    );
    this.index = 0;
  }

  getNext() {
    const server = this.pool[this.index];
    this.index = (this.index + 1) % this.pool.length;
    return server;
  }
}

설명

가중치만큼 서버를 풀에 복제하여 높은 가중치의 서버가 더 자주 선택되도록 합니다.

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3. Least_Connections_알고리즘

개요

현재 활성 연결이 가장 적은 서버로 요청을 라우팅합니다. 요청 처리 시간이 불균등할 때 효과적입니다.

코드 예제

class LeastConnectionBalancer {
  constructor(servers) {
    this.servers = servers.map(url => ({url, connections: 0}));
  }

  getNext() {
    return this.servers.reduce((min, server) =>
      server.connections < min.connections ? server : min
    );
  }

  release(server) {
    server.connections--;
  }
}

설명

각 서버의 활성 연결 수를 추적하고, 가장 적은 연결을 가진 서버를 선택합니다.

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4. Health_Check_구현

개요

주기적으로 백엔드 서버의 상태를 확인하여 장애 서버를 자동으로 제외합니다. 고가용성 시스템의 필수 요소입니다.

코드 예제

class HealthChecker {
  async checkServers(servers) {
    return Promise.all(servers.map(async server => {
      try {
        const res = await fetch(`${server}/health`, {timeout: 3000});
        return {url: server, healthy: res.ok};
      } catch {
        return {url: server, healthy: false};
      }
    }));
  }
}

설명

각 서버의 헬스 체크 엔드포인트를 호출하고, 응답 상태에 따라 서버의 건강 상태를 판단합니다.

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5. Sticky_Session_구현

개요

동일한 클라이언트의 요청을 항상 같은 서버로 라우팅합니다. 세션 데이터가 서버에 저장될 때 필요합니다.

코드 예제

class StickySessionBalancer {
  constructor(servers) {
    this.servers = servers;
    this.sessions = new Map();
  }

  getServer(clientId) {
    if (!this.sessions.has(clientId)) {
      const index = Math.abs(this.hash(clientId)) % this.servers.length;
      this.sessions.set(clientId, this.servers[index]);
    }
    return this.sessions.get(clientId);
  }
}

설명

클라이언트 ID를 해싱하여 서버를 결정하고, Map에 저장하여 동일한 서버로 계속 연결합니다.

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6. IP_Hash_로드_밸런싱

개요

클라이언트 IP를 해싱하여 특정 서버로 매핑합니다. 세션 유지가 필요하지만 별도 저장소 없이 구현할 때 사용합니다.

코드 예제

class IPHashBalancer {
  constructor(servers) {
    this.servers = servers;
  }

  getServer(clientIP) {
    const hash = clientIP.split('.').reduce(
      (acc, octet) => acc + parseInt(octet), 0
    );
    return this.servers[hash % this.servers.length];
  }
}

설명

IP 주소의 각 옥텟을 합산하여 해시값을 만들고, 서버 개수로 나눈 나머지로 서버를 선택합니다.

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7. Nginx_기본_설정

개요

Nginx를 사용한 HTTP 로드 밸런싱 기본 설정입니다. upstream 블록으로 백엔드 서버 그룹을 정의합니다.

코드 예제

upstream backend {
  server backend1.example.com:3000;
  server backend2.example.com:3000;
  server backend3.example.com:3000;
}

server {
  listen 80;
  location / {
    proxy_pass http://backend;
  }
}

설명

upstream 블록에 백엔드 서버들을 나열하고, proxy_pass로 요청을 전달하면 자동으로 로드 밸런싱됩니다.

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8. Nginx_가중치_및_헬스체크

개요

Nginx에서 서버 가중치와 헬스 체크를 설정하여 효율적이고 안정적인 로드 밸런싱을 구현합니다.

코드 예제

upstream backend {
  server backend1.example.com:3000 weight=3 max_fails=3 fail_timeout=30s;
  server backend2.example.com:3000 weight=2;
  server backend3.example.com:3000 weight=1 backup;
}

server {
  location / {
    proxy_pass http://backend;
    proxy_next_upstream error timeout invalid_header;
  }
}

설명

weight로 트래픽 비율을 조정하고, max_fails와 fail_timeout으로 장애 감지를 설정합니다.

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9. Circuit_Breaker_패턴

개요

연속된 실패 시 서버를 일시적으로 차단하여 시스템 전체의 안정성을 보호합니다. 장애 전파를 방지합니다.

코드 예제

class CircuitBreaker {
  constructor(threshold = 5, timeout = 60000) {
    this.failures = 0;
    this.threshold = threshold;
    this.state = 'CLOSED';
    this.nextAttempt = Date.now();
  }

  async call(fn) {
    if (this.state === 'OPEN' && Date.now() < this.nextAttempt) {
      throw new Error('Circuit breaker is OPEN');
    }
    try {
      const result = await fn();
      this.onSuccess();
      return result;
    } catch (error) {
      this.onFailure();
      throw error;
    }
  }

  onSuccess() {
    this.failures = 0;
    this.state = 'CLOSED';
  }

  onFailure() {
    this.failures++;
    if (this.failures >= this.threshold) {
      this.state = 'OPEN';
      this.nextAttempt = Date.now() + this.timeout;
    }
  }
}

설명

실패 횟수를 추적하여 임계값 초과 시 회로를 개방하고, 일정 시간 후 재시도를 허용합니다.

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10. Redis_기반_세션_공유

개요

여러 서버 간 세션 데이터를 공유하기 위해 Redis를 활용합니다. Sticky Session 없이도 세션 일관성을 유지합니다.

코드 예제

const redis = require('redis');
const session = require('express-session');
const RedisStore = require('connect-redis')(session);

const client = redis.createClient();

app.use(session({
  store: new RedisStore({ client }),
  secret: 'your-secret-key',
  resave: false,
  saveUninitialized: false
}));

설명

Redis를 세션 저장소로 사용하여 모든 서버가 동일한 세션 데이터에 접근할 수 있습니다.

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11. Response_Time_기반_라우팅

개요

각 서버의 평균 응답 시간을 측정하여 가장 빠른 서버로 요청을 라우팅합니다. 성능 최적화에 효과적입니다.

코드 예제

class ResponseTimeBalancer {
  constructor(servers) {
    this.servers = servers.map(url => ({url, avgTime: 0, count: 0}));
  }

  getNext() {
    return this.servers.reduce((fastest, server) =>
      server.avgTime < fastest.avgTime ? server : fastest
    );
  }

  recordTime(server, time) {
    server.avgTime = (server.avgTime * server.count + time) / (server.count + 1);
    server.count++;
  }
}

설명

각 요청의 응답 시간을 기록하여 평균을 계산하고, 가장 낮은 평균 응답 시간을 가진 서버를 선택합니다.

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12. 종합_로드_밸런서_구현

개요

여러 전략을 결합한 실무용 로드 밸런서입니다. 헬스 체크, 가중치, 실패 처리를 모두 포함합니다.

코드 예제

class ProductionBalancer {
  constructor(servers) {
    this.servers = servers.map(s => ({...s, healthy: true, failures: 0}));
    this.index = 0;
    setInterval(() => this.healthCheck(), 10000);
  }

  async getNext() {
    const healthy = this.servers.filter(s => s.healthy);
    if (healthy.length === 0) throw new Error('No healthy servers');

    const server = healthy[this.index % healthy.length];
    this.index++;
    return server;
  }

  async healthCheck() {
    for (const server of this.servers) {
      try {
        await fetch(`${server.url}/health`, {timeout: 5000});
        server.healthy = true;
        server.failures = 0;
      } catch {
        server.failures++;
        if (server.failures >= 3) server.healthy = false;
      }
    }
  }
}

설명

정기적인 헬스 체크로 서버 상태를 모니터링하고, 건강한 서버들 사이에서만 로드 밸런싱을 수행합니다.

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마치며

이번 글에서는 Load Balancing 실무 활용 완벽 가이드에 대해 알아보았습니다. 총 12가지 개념을 다루었으며, 각각의 사용법과 예제를 살펴보았습니다.

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