“📚[Backend Development] 시스템 아키텍처란?”

✅1️⃣ 시스템 아키텍처란?

📌1️⃣ 시스템 아키텍처의 개념.

• 시스템 아키텍처는 소프트웨어 시스템을 설계하고 구성하는 구조를 의미합니다.
  • 쉽게 말해, 하나의 소프트웨어가 어떻게 구성되고, 데이터가 어떻게 흐르며, 성능과 확장성을 어떻게 고려할지 결정하는 과정입니다.

📌2️⃣ 시스템 아키텍처의 역할.

• 확장성(Scalability) : 사용자가 증가해도 성능이 유지되도록 설계
• 가용성(Availability) : 장애 발생 시에도 지속적으로 운영 가능하도록 설계
• 보안(Security) : 데이터 보호 및 인증, 권한 관리
• 유지보수성(Maintainability) : 코드 수정 및 기능 추가가 쉽게 가능하도록 구조 설계
• 성능(Performance) : 빠르게 동작하도록 최적화

✅2️⃣ 시스템 아키텍처의 주요 구성 요소,

• 시스템은 여러 컴포넌트로 구성되며, 각각의 역할이 다릅니다.

📌1️⃣ 클라이언트(Client)

• 사용자가 직접 조작하는 부분 (웹 브라우저, 모바일 앱)
• 요청을 서버에 전달하고 결과를 표시하는 역할
• 예: React, Vue.js, Android, iOS

📌2️⃣ API 게이트웨이 (API Gateway)

• 클라이언트 요청을 내부 서비스로 라우팅하는 역할
• 인증, 로드 밸런싱, 캐싱등의 시능 수행
• 예: Kong, Nginx, AWS API Gatewat

📌3️⃣ 애플리케이션 서버 (Application Server)

• 비즈니스 로직을 처리하는 핵심 컴포넌트
• REST API 또는 GraphQL을 통해 데이터를 제공
• 예: Spring Boot, Node.js, Django, FastAPI

📌4️⃣ 데이터베이스 (Database)

• 데이터를 저장하고 조회하는 역할
• RDBMS (MySQL, PostgreSQL) vs NoSQL (MongoDB, Cassandra)

📌5️⃣ 캐시 서버 (Cache Server)

• 자주 사용되는 데이터를 빠르게 제공하는 역할
• 예: Redis, Memcached

📌6️⃣ 메시지 큐 (Message Queue, MQ)

• 비동기 이벤트 처리를 위한 시스템
• 예: Kafka, RabbitMQ, AWS SQS

📌7️⃣ 로드 밸런서 (Load Balancer)

• 요청을 여러 서버로 분산하여 부하를 줄이는 역할
• 예: Nginx, HAProxy, AWS ELB

📌8️⃣ 모니터링 시스템 (Monitoring System)

• 서버 상태, 트래핑, 장애 발생 감지
• 예: Prometheus, Grafana, AWS CloudWatch

✅3️⃣ 주요 시스템 아키텍처 패턴

📌1️⃣ Monolithic Architecture (모놀리식 아키텍처)

📌 특징

• 하나의 애플리케이션이 모든 기능을 포함하는 구조
• 모든 코드가 하나의 프로젝트로 구성됨

✅ 장점

• 개발 초기 단계에서 간단한 구조로 빠르게 개발 가능
• 배포가 단순함

❌ 단점

• 하나의 기능 변경 시 전체 시스템을 다시 배포해야 함
• 특정 기능만 확장하기 어렵고, 트래픽 증가에 취약함

📝 예제

• 전통적인 웹 애플리케이션 (Spring Boot + MySQL)

📌2️⃣ Microservices Architecture (마이크로서비스 아키텍처, MSA)

📌 특징

• 애플리케이션을 여러 개의 작은 서비스로 분리하여 개발
• 각 서비스가 독립적으로 배포 가능
• 서비스 간 통신은 API (REST, gRPC) 또는 메시지 큐(Kafka)로 이루어짐

✅ 장점

• 개별 서비스 확장이 가능하여 성능 최적화가 쉬움
• 특정 서비스만 업데이트 가능하여 유지보수가 쉬움

❌ 단점

• 서비스 간 통신 비용이 증가하여 네트워크 성능 저하 가능
• 각 서비스 간 데이터 일관성 유지가 어려움

📝 예제

• Netflix, Uber, 카카오, 토스 같은 대규모 서비스에서 사용됨

📌3️⃣ Layerd Architecture (계층형 아키텍처)

📌 특징

• 애플리케이션을 계층(Layer)별로 나누어 관리하는 방식
• 일반적으로 3-Tier 또는 4-Tier 구조로 설계됨

📌 3-Tier 구조

• 1️⃣ Presentation Layer (프레젠테이션 계층) ➞ UI & 클라이언트
• 2️⃣ Application Layer (애플리케이션 계층) ➞ 비즈니스 로직
• 3️⃣ Data Layer (데이터 계층) ➞ 데이터 저장 및 조회

✅ 장점

• 역할 분리가 명확하여 유지보수성이 뛰어남
• 재사용 가능한 코드 구조

❌ 단점

• 다층 구조로 인해 응답 속도가 느려질 수 있음

📌4️⃣ Event-Driven Architecture (이벤트 기반 아키텍처)

📌 특징

• 이벤트가 발생하면 특정 서비스에서 이를 처리하는 방식
• 메시지 큐(Kafka, RabbitMQ)를 활용하여 비동기 처리를 함

✅ 장점

• 비동기 방식으로 트래픽을 분산할 수 있어 성능 최적화 가능
• 각 서비스가 독립적으로 작동하여 장애 발생 시 영향이 적음

❌ 단점

• 이벤트 흐름을 추적하기 어려워 디버깅이 어려움
• 메시지 지연(latency)이 발생할 수 있음

📝 예제

• 주문 시스템: 주문이 발생하면 Order Service에서 Payment Service로 이벤트 전송

✅4️⃣ 확장 가능한 시스템 설계 원칙.

📌1️⃣ Scal-Up vs Scale-Out

• Scale-Up : 서버의 성능을 업그레이드 (RAM, CPU 추가)
• Scalce-Out : 서버 개수를 늘려 부하를 분산 (로드 밸런서 활용)

📌2️⃣ 데이터베이스 최적화

• 샤딩(Sharding) : 데이터베이스를 여러 개로 나누어 저장
• 레플리케이션(Replication) : 동일한 데이터를 여러 서버에 복제하여 읽기 성능 향상

📌3️⃣ 로드 밸런싱 (Load Balancing)

• Round Robin : 서버에 순차적으로 요청 전달
• Least Connections : 현재 접속자가 가장 적은 서버로 요청 전달

📌4️⃣ 장애 복구 (Fault Tolerance)

• Failover : 장애 발생 시 대체 서버로 자동 전환
• Circuit Breaker : 일정 횟수 이상 실패하면 서비스 차단

✅5️⃣ 결론

시스템 아키텍처는 소프트웨어의 성능과 확장성, 유지보수성을 결정하는 중요한 요소입니다.

• 초반에는 모놀리식 아키텍처로 빠르게 개발
• 트래픽이 증가하면 마이크로서비스 아케텍처로 확장
• 비동기 처리가 필요하면 이벤트 기반 아키텍처 도입