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자바, JSP, SQL만 알아도 백엔드 개발자가 될 수 있던 시절이 있었습니다. 오늘날에는 백엔드 개발자가 되려면 알아야 하는 지식이 너무나 많습니다. 그래서 백엔드 개발자가 되려면 무엇을 공부해야 하는지 가늠조차 하기 어려운 분들에게 도움을 주고자 백엔드 개발자가 알아야 하는 지식을 넓고 얕게 소개합니다.
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자바, JSP, SQL만 알아도 백엔드 개발자가 될 수 있던 시절이 있었습니다. 오늘날에는 백엔드 개발자가 되려면 알아야 하는 지식이 너무나 많습니다. 그래서 백엔드 개발자가 되려면 무엇을 공부해야 하는지 가늠조차 하기 어려운 분들에게 도움을 주고자 백엔드 개발자가 알아야 하는 지식을 넓고 얕게 소개합니다.
백엔드 개발자는 어떠한 지식을 가지고 있어야 할까요? 어떤 전문성을 가지고 있어야 한 사람 몫을 하는 백엔드 개발자가 되는 것일까요? 백엔드 개발자가 알아야 하는 지식을 다음과 같이 로드맵으로 정리를 해보았습니다(이 책에서 다루는 내용에는 배경색을 칠해두었습니다).
로드맵 하나하나를 살펴보기 전에 우선 백엔드의 의미부터 살펴봅시다. 백엔드는 시스템의 뒷단 (백엔드)을 의미합니다. 예를 들어 국민 메신저 카카오톡을 생각해봅시다. 여러분과 친구가 메시지를 주고받으려면 중계자가 필요합니다. 이때 여러분 눈에 보이는 카카오톡 앱 화면은 프론트엔드 (앞단)입니다. 한 가지 예를 더 들겠습니다. 여러분이 브라우저에서 웹사이트에 로그인을 할 때 웹사이트에서는 어떻게 ‘여러분’이라는 것을 알 수 있을까요? 아이디와 패스워드를 입력하고 검증을 어디선가 해주고, 그 정보를 유지시켜주는 인증자가 있어야 합니다. 이때는 브라우저가 프론트엔드입니다.
백엔드 개발자는 클라이언트(앱이나 브라우저 등) 프론트엔드 영역의 요청을 컴퓨터가 수행하도록 하는 사람입니다. 개인적으로는 백엔드 개발자를 서비스에 데이터라는 피가 흐르게 해주고 정보라는 숨을 불어넣어주는 사람이라고 소개합니다. 그만큼 오늘날 백엔드는 거의 모든 서비스에서 필수이기 때문입니다. 백엔드 개발자가 만드는 프로그램인 서버는 (장애나 특수한 상황을 제외하고) 1년 365일 24시간 내내 꺼지지 않는 컴퓨터에서 돌아갑니다. 주로 리눅스나 서버용 윈도우를 운영체제로 사용합니다. 그러므로 서버에 대한 이해가 필요하고, 서버 운영체제에 대한 학습이 필요합니다.
또한 대부분의 리눅스 서버에서는 마우스를 사용하지 않고 오직 키보드로 명령을 내려서 프로그램을 조작합니다. 서버의 컴퓨팅 자원을 최대한으로 활용하고 빠르게 명령어를 실행하려면, 명령줄 인터페이스(Command-Line Interface, CLI) 환경에서 서버를 운영하는 것이 유리하기 때문입니다(참고로 윈도우 같은 그래픽 인터페이스를 운영하는 데는 컴퓨팅 리소스가 소모됩니다). 그러므로 리눅스 명령어나 윈도우의 CLI 명령어를 익혀서 자유자재로 명령을 내릴 수 있어야 합니다. 콘솔창에서 사용하는 에디터도 하나 정도는 익혀두는 것이 좋습니다. 빔(vim)과 이맥스(emacs)가 대표적입니다. 이 책의 부록 A에서는 자주 사용하는 리눅스 명령어 21가지를 알려드립니다. 급한 대로 이 정도 명령어를 알아두면 웬만한 기초적인 업무를 수행하는 데 무리가 없습니다. 하지만 추후에 책 한 권을 정 해서 공부해두기 바랍니다.
다시 본론으로 돌아와 클라이언트는 서버로 요청을 보냅니다. 이때 미리 정해놓은 약속인 프로토콜을 사용합니다. 프로토콜은 네트워크라는 큰 범주의 일부입니다. 네트워크 지식으로는 HTTP, TCP/UDP, 라우팅, NAT, OSI 7계층 등이 있습니다. 한 권 책으로 다 배우기는 어렵고 별도의 책으로 공부해야 합니다. 그중에서도 백엔드 개발자라면 우선 HTTP 프로토콜을 알아두어야 합니다. 클라이언트에서 서버로 요청을 보낼 때도 서버에서 서버로 요청을 보낼 때도 자주 사용하기 때문입니다(이 글의 원문이 실린 책에서는 13장을 제외하고 모든 요청에 HTTP를 사용합니다. 3장, 6장, 12장에서 HTTP 사용법도 함께 알려드립니다. 3장에서는 GET 요청을 설명하고, 6장에서는 HTTP 요청의 body를 알려드리며, 12장에서는 파일 업로드 시 어떤 방식으로 데이터가 전송되는지 다룹니다).
HTTP와 더불어 함께 알아야 하는 것이 DNS(Domain Name System)입니다. IP는 인터넷에서 주소 역할을 합니다. IP는 총 32비트로 이루어진 IPv4와 128비트로 이루어진 IPv6가 있습니다. 보통 이런 주소값을 외우지는 않기 때문에 사람이 외우기 편한 언어로 된 주소를 사용하는데 이것이 도메인이고 이런 도메인 주소를 IP 주소로 변경하는 것이 DNS입니다.
HTTP로 요청을 보냈을 때 서버에서는 어떻게 처리를 할까요? 서버에서는 HTTP 요청을 받아서 다양한 처리를 할 수 있는 프로그램을 실행시켜야 합니다. 클라이언트의 요청은 이미지 같은 파일일 수도 있고, 데이터 처리 작업일 수도 있습니다. 백엔드에서는 파일이나 이미지 같은 정적인 파일을 서비스하는 서버를 웹 서버, 데이터를 처리하는 서버를 WAS(Web Application Server)라고 부릅니다. 대표적인 웹 서버로 아파치(Apache)와 엔진엑스(Nginx)가 있으며 WAS로는 톰캣(Apache Tomcat), 웹스피어(WebSphere) 등이 있습니다.
WAS도 정적 파일(클라이언트가 요청할 때 변하는 내용 없이 응답을 주는 파일들)을 처리할 수는 있지만, 이런 일은 Nginx 같은 웹 서버가 훨씬 더 잘하는 일입니다. 반면에 WAS는 스프링이나 장고(Django) 같은 웹 프레임워크를 실행시켜서 요청받은 데이터를 처리하는 역할을 잘합니다. 데이터는 보통 데이터베이스(DataBase, DB)에 저장하게 되며, 클라이언트가 자주 요청하는 데이터는 캐시에 둡니다. 캐시는 디스크가 아니라 메모리에 데이터를 저장해서 읽는 속도를 높이는 방식을 말합니다.
데이터의 저장소로 데이터베이스를 주로 이용합니다. 데이터베이스는 ‘5. 데이터베이스’에서 다시 설명드립니다.
WAS에 사용하는 프로그램을 자체적으로 만들기보다는 대부분은 프레임워크를 사용합니다. 프레임워크는 개발에 필요한 예외 처리, 데이터베이스 연결, 외부 라이브러리 연동 등의 기능을 추상화해 제공해주어 코드 구조의 일관성을 지키는 데 도움을 줍니다. 덕분에 개발자는 비즈니스 로직 개 발에 더 집중할 수 있습니다.
백엔드 개발자가 코딩을 한다고 말할 때는 보통 프레임워크를 기반으로 요구사항에 필요한 코드들을 추가한다는 의미입니다. 코드를 작성하려면 프로그래밍 언어를 알아야 합니다. 백엔드 프로그래밍 언어로는 자바스크립트(JavaScript), 타입스크립트(TypeScript), 자바, 코틀린, 파이썬, 고랭, 러스트, C#, C++ 등이 있습니다.
코드를 작성하는 것이 매우 중요하지만 작성한 코드를 관리하는 것도 매우 중요합니다. 최근에 대부분이 소스 코드 관리 시스템과 저장소로 깃(git)과 깃허브(GitHub)를 사용합니다. 따라서 깃과 깃허브의 기본적인 사용법은 알고 있어야 합니다. 개발은 혼자 하는 것이 아니므로 깃 풀 리퀘스트(Pull Request)까지는 적어도 사용할 줄 알아야 합니다. 깃도 책 한 권을 두고 공부하는 것이 좋습니다.
자, 서버도 구축했고, 코드도 작성했다면 테스트와 배포를 해야 합니다. 테스트는 사람이 수동으로 하는 테스트와 테스트 코드를 작성해서 하는 테스트가 있습니다. 개발 쪽에서 말하는 테스트는 대부분 테스트 코드로 실행하는 테스트를 말합니다. 단위 테스트는 하나의 작은 기능이 잘 동작하는지 테스트 코드를 작성하는 것을 말하고 통합 테스트는 함께 동작해야 하는 데이터베이스나 다른 서버 등과 의존성이 있는 상태에서 함께 테스트하는 것을 말합니다.
배포는 개발하고 테스트가 완료된 코드를 서버에 전달(deploy)하고 실행하는 것을 의미합니다. 영어 음차 그대로 디폴로이라고도 부릅니다. 소스 코드를 배포해서 실행하는 경우도 있고, 자바처럼 jar과 같은 패키지 형태를 받아서 실행하는 경우도 있습니다. 컨테이너 환경(예: 도커, Docker)을 이용하면 개발과 실제 운영 서버의 환경을 동일하게 맞추어 테스트할 수 있습니다. 배포는 스크립트를 만들어서 배포하는 경우도 있으며, 컨테이너 환경의 경우 쿠버네티스(Kubernetes)라는 기술을 사용해 배포를 하기도 합니다.
약간 놀랍겠지만, 여기까지가 기본적으로 알아야 하는 지식입니다. 이 책에서는 백엔드 개발자가 되기 위해 알아야 하는 것 중에서 백엔드 프로그래밍 언어와 프레임워크를 다루고 있습니다.
백엔드 개발자의 주된 업무는 서버 측 애플리케이션을 개발하는 일입니다. 개발하면서 서버에 대한 지식과 프로그래밍 지식, 만든 프로그램을 배포하고 안전하게 서비스할 수 있게 하는 지식을 활용합니다. 백엔드 개발자의 업무는 조직마다 천차만별이지만 대개는 ❶ 과제 할당 → ❷ 과제 분석 → ❸ 개발 → ➍ 테스트(리뷰) → ➎ QA 및 버그 수정 → ➏ 배포 → ➐ 유지보수 순서로 진행됩니다.
시작은 주어진 과제를 분석하는 일입니다. 사업부, 마케팅, 개발팀 등에서 ❶ 개발 과제가 할당됩니다. 잘 정리된 과제는 어떻게 개발해야 하고 무엇을 해야 하는지도 알려주지만, 대부분에 구체적인 개발 관점 검토는 개발자가 직접 해야 합니다. 예를 들어 ‘친구 초대 이벤트를 만들어주세요’라는 과제가 주어졌다고 하겠습니다. ‘친구’는 무엇인지, ‘초대’는 무엇을 의미하는지, ‘이벤트’에는 어떤 조건이 필요하고 초대를 한 친구와 초대된 친구에게 보상을 어떻게 줄지, 이벤트를 위해서 어떤 데이터들을 저장하는지를 결정해야 합니다. 또한 제공할 성능과 사용할 기술을 검토하고, 문제가 있다면 해결 방법도 면밀하게 분석하고 정리해야 합니다.
오늘날 서비스는 복잡하므로 작은 기능에서 발생하는 문제 하나가 서비스 전체의 문제로 이어질 수 있습니다. 혼자 공부용으로 작성하는 예제 프로그램이 아니라면 ❷ 과제 분석은 필수입니다.
과제 검토가 끝났으니 ❸ 개발을 진행하면 됩니다. 늘 해본 일만 개발하는 것이 아닙니다. 그래서 개발 과제를 분석할 때 고려하지 않은 문제가 나타나기도 합니다. 그리고 한 번 만든 코드가 제대로 동작하는지도 테스트해야 합니다. 그래서 개발은 ‘분석 → 개발 → 테스트’ 사이클을 반복하면서 완성도를 높여가며 진행됩니다. 개발한 코드는 깃허브 등의 프로그램을 사용해 동료의 리뷰를 받고 리뷰에 대한 내용을 반영해서 코드의 완성도를 높여 코드베이스에 추가합니다.
개발하면서 개발자 스스로 ➍ 테스트를 해봐야 합니다. 로직 상 문제는 없는지, 성능적인 한계는 어느 정도인지, 만든 코드가 읽기 편한지, 내가 만든 클래스/메서드/함수를 다른 사람이 간편하게 사용할 수 있는지 등을 검토하면서 테스트를 합니다. 조직이나 개발자에 따라 단위 테스트를 작성하는 경우도 있습니다. 때로는 코드보다 테스트를 먼저 작성하는 테스트 주도 개발 기법을 사용하기도 합니다.
개발과 테스트가 어느 정도 마무리됐다면 애플리케이션의 품질을 높이기 위해 ➎ QA를 신청합니다. QA팀이 없는 회사라면 개발 조직에서 담당합니다.
QA가 완료되면 서버에 ➏ 배포를 진행합니다. 때에 따라서 여러 과제를 한 번에 병합(머지라고도 합니다)해서 배포하거나, 새로운 기능이 추가될 때마다 배포합니다. 애플리케이션을 쉽고 안전하게 배포하고, 문제 발생 시 쉽게 롤백(이전 버전으로 돌리는 것)할 수 있게 준비해둬야 합니다.
배포 방법은 여러 가지입니다. 먼저, 특정 개수의 서버들을 돌아가며 배포하는 롤링 배포, 똑같은 서버 인스턴스를 띄우고 로드밸런서 설정을 바꿔버리는 블루 그린 배포, 전체 서버의 특정 비율만큼 배포해보고 문제없는 경우 점점 배포를 늘려가는 카나리 배포 등이 있습니다. 도커 같은 컨테이너 기술이 등장하면서 배포가 더욱 쉬워졌습니다. 쿠버네티스를 사용하면 배포와 관리를 쉽게 할 수 있는 장점이 있습니다.
서버를 돌아가면서 배포하는 롤링 배포도 앤서블(Ansible)을 잘 사용하면 손쉽게 구현할 수 있습니다. 개발자는 코드의 개발부터 테스트, 배포, 모니터링까지 사실상 무한 반복을 합니다. 이것을 두고 흔히 CI(Continuous Integration)/CD(Continuous Delivery & Continuous Deployment)라고 합니다. CI는 지속적인 통합이라는 뜻으로, 새로운 코드 변경 사항이 정기적으로 빌드 및 테스트되어 저장소에 통합되는 것을 의미합니다. CD는 지속적인 배포를 말합니다. CI는 저장소에 코드가 반영되는 것을 말하고, CD는 실제 프로덕션 환경까지 변경된 코드가 반영되는 것을 의미합니다.
CI/CD와 같은 업무를 전담하는 데브옵스(DevOps) 업무도 있습니다. 개발(Development)과 운영(Operations)의 합성어이지만, 두 업무를 모두 하는 것을 의미하는 것은 아닙니다. 주로 클라우드 마이그레이션, 피크 타임의 트래픽을 다루기, 데이터 파이프라인 작성, 모니터링 시스템 구축, 네트워크 보안, 코드를 통한 인프라 관리 등을 담당합니다. CI/CD는 데브옵스 엔지니어의 업무 중 하나입니다.
개발과 배포가 끝났다면 이제 ➐ 유지보수를 해야 합니다. 배포 후에 실제 프로덕션 환경에서도 문제없이 돌아가는지 모니터링하면서 필요한 부분을 보충해나가야 합니다. 설계와 구현 문제로 성능이 부족하거나, 서비스 이용자가 급증해 서버가 느려질 수도 있습니다. 또한 개발팀 외부에서 새로운 요청도 지속적으로 들어올 수 있습니다. 기존의 코드를 다듬거나 추가할 수 있으며 테스트와 문서를 작성할 수도 있습니다. 다른 팀원들이 온다면 팀원들에게 코드와 시스템에 대한 지식을 전달할 수도 있습니다.
유지보수 시 서비스 모니터링 및 장애 대응을 위해서 온콜이라는 제도를 도입하는 회사도 있습니다. 온콜은 말 그대로 업무 시간 외에 문제 발생 시 전화를 받는 담당자를 지정하는 제도입니다. 문제 발생 시 혼자 처리할 수 있는 문제라면 처리하고 아니라면 다른 사람들에게 장애를 전파하는 역할을 담당합니다.
오늘날 서비스는 동시에 많은 요청을 클라이언트에서 받아 다양한 응답을 제공합니다. 이렇게 규모가 있는 서비스를 즉흥적으로 코딩해서 완성도 있게 만드는 일은 불가능에 가깝습니다. 즉 계획을 잘 세워야 합니다. 조직에 따라서 사람에 따라서 정의가 상이하나 일반적으로 계획을 작성하는 사람을 아키텍트라고 하고 계획(종합적으로 분석, 계획, 정리한 것)은 아키텍처라고 합니다. 조직에 따라서 아키텍트라는 직함이 별도로 있는 곳도 있지만 프로그래머에게 주어지는 경우도 있습니다. 따라서 개발자라면 아키텍처를 알고 있는 편이 좋습니다. 그렇다면 아키텍처란 무엇일까요? 《소프트웨어 아키텍처 101》에서는 ‘총체적이고 종합적이고 상세하게 개발을 준비하는 것’이 바로 아키텍처라고 말합니다.
소프트웨어 아키텍처를 수행하는 것은 쉬운 일은 아닙니다. 다행히도 소프트웨어 구축에 대한 경험이 계속 쌓이면서 다양한 패턴이 정리되었습니다. 패턴 중 자주 사용하는 계층형 아키텍처와 이벤트 기반 아키텍처, 마이크로서비스 아키텍처를 간단히 소개해 드리겠습니다. 실무에서 접하는 대 부분의 아키텍처는 이 3가지의 조합으로 이루어집니다. 따라서 백엔드 프로그래머라면 기본적으로 알아두는 것이 좋습니다.
계층형 아키텍처(layered architecture)는 레이어드 아키텍처라고도 하며 말 그대로 소프트웨어를 몇 가지 계층으로 나누어서 만드는 방식입니다. 가장 흔한 아키텍처 형태로 단순하고, 이해하기 쉽습니다. 게다가 각 계층이 논리적으로 분리되어 있기 때문에 소규모 애플리케이션에서 많이 채택합니다. 각 계층에서는 주어진 역할(프리젠테이션, 비즈니스 로직, 데이터 저장 등)을 수행하며, 의존성이 단방향이어야 합니다.
예를 들어, 프리젠테이션 계층은 비즈니스 계층에만, 비즈니스 계층은 영속성 계층에만 의존성을 가지게 되는 것을 의미합니다. 계층이 분리 및 격리되어 있기 때문에 복잡도가 감소하며, 계층 내에서는 관련된 코드의 응집도가 높아집니다. 더불어 테스트가 쉽다는 장점이 있습니다. 단점으로는 다른 아키텍처에 비해 애플리케이션의 규모가 커지게 되면 계층이 거대해지면서 유지보수가 힘들어지고, 개발 속도가 떨어진다는 점입니다. 하나의 큰 덩어리를 여러 개 배포해야 하므로 배포도 쉽지 않습니다. TCP/IP 네트워크 계층은 계층형 아키텍처가 잘 적용된 예입니다.
이벤트 기반 아키텍처(event-driven architecture)는 말 그대로 이벤트의 상태 변화에 대응하는 소프트웨어 설계 패턴입니다. 이벤트는 시스템의 외부 또는 외부에서 시스템에 영향을 주는 상황들을 의미합니다. 예를 들면 사용자가 로그인 버튼을 눌렀을 때 로그인 이벤트가 발생합니다. 웹툰 애플리케이션이라면 웹툰을 열람하는 이벤트가 있을 것이고, 전자상거래 애플리케이션이라면 구매라는 이벤트가 있을 겁니다.
이벤트 기반 아키텍처는 이벤트를 발생시키는 프로듀서(producer)와 이벤트를 전달하는 브로커(broker), 이벤트를 받는 컨슈머(consumer)로 구성됩니다. 이벤트 기반 아키텍처는 모든 요청을 비동기로 처리합니다. 그래서 확장성이 좋고 아키텍처 내 컴포넌트 간 의존성을 줄일 수 있습니다. 프로듀서, 브로커, 컨슈머 각각 수평 확장이 용이하기 때문입니다. 반면에 이벤트를 비동기로 처리하므로 이벤트 순서를 보장하기 어렵습니다. 에러 발생가 발생했을 때 이벤트를 새로 받을지, 무시할지, 에러 처리를 할지 고려해야 합니다.
마이크로서비스 아키텍처(microservices architecture)는 시스템을 여러 개의 작은 서비스로 나누어 관리하는 설계 방식입니다. 이러한 서비스는 독립적으로 개발, 배포, 운영되며, 서로 구조적으로 분리되어 있습니다. 이러한 분리 덕분에 각 서비스는 독립적으로 업데이트 및 스케일링이 가능하고, 시스템 전체의 구조는 더욱 간결해집니다. 마이크로서비스 아키텍처는 대규모 시스템을 구축하는 데 유용합니다.
마이크로서비스 아키텍처 적용 시 주의할 점은 하나의 서비스를 너무 잘게 쪼개는 겁니다. 그러면 어느 정도 크기로 쪼개는 것이 좋을까요? 마이크로서비스 아키텍처 자체는 도메인 주도 설계(domain-driven design)에 영향을 많이 받았는데, 도메인은 사용자가 요구하는 문제 분야 내에서의 상황이나 내용을 말합니다. 계정 관리, 쇼핑몰 상품 관리 등이 도메인에 속합니다. 마이크로서비스 아키텍처에서는 하나의 서비스가 하나의 도메인을 담당하는 것이 좋습니다.
마이크로서비스 아키텍처는 확장성이 좋고, 업그레이드가 용이합니다. 각 서비스별로 확장하거나 서비스만 따로 업그레이드할 수 있기 때문입니다. 반면 트랜잭션을 처리하려면 분산 트랜잭션 등을 고려해야 하므로 난이도가 올라갑니다. 또한 이름은 ‘마이크로서비스’이지만, 실제 하나의 서비스를 운영하는 모든 구성을 갖추어야 하므로 유지보수하는 데 비용이 많이 들어갑니다. 소규모 팀에서 마이크로서비스 아키텍처를 도입하고자 할 때는 면밀히 검토가 필요합니다.
지금까지 백엔드 아키텍처에 대해 소개드렸습니다. 소개드린 아키텍처 외에도 파이프라인 아키텍처(pipeline architecture), 마이크로커널 아키텍처(microkernel architecture), 서비스 지향 아키텍처(service oriented architecture), 공간 기반 아키텍처(Space-based architecture) 등이 있습니다. 더 자세한 내용은 앞서 언급한 《소프트웨어 아키텍처 101》을 참고해주세요.
백엔드 개발에 애용되는 언어로는 무엇이 있을까요? 언어의 인기 순위를 매기는 지수인 TIOBE 인덱스에서는 2022년 기준으로 파이썬이 1위입니다. 다음으로 C, C++, 자바, C#, 비주얼 베이직, 자바스크립트 순서입니다. 이중에 백엔드에서 많이 사용하는 언어는 파이썬, C++, 자바, C#, 자바스크립트라고 할 수 있습니다.
데이터 분석 분야에서 인기가 많은 파이썬은 서버 개발에도 많이 사용합니다. 대표적인 프레임워크로는 플라스크와 장고, FastAPI가 있습니다. C++는 성능이 중요한 게임 서버 개발에서 많이 사용됩니다. 자바는 스프링이라는 매우 강력한 프레임워크를 기반으로 많은 곳에서 서버 개발에 사용되고 있습니다. C#은 국내보다는 미국에서 많이 사용됩니다. 닷넷 프레임워크가 매우 강력하며 마이크로소프트 계열의 소프트웨어와 호환성이 좋은 편입니다. 개발자들이 자주 찾는 사이트 중 하나인 스택오버플로가 C#을 기반으로 만들어졌습니다.
자바스크립트는 프론트엔드에서뿐 아니라 백엔드에서도 많이 사용합니다. 대표적인 웹 프레임워크로 익스프레스(Express)가 있으며, 최근 NestJS 인기가 오르는 추세입니다. 개발자가 소수인 회사라면 자바스크립트가 좋은 선택이 될 수 있습니다. 2023년의 자바스크립트는 프론트엔드와 백엔드를 아우르는 풀스택을 거의 완벽하게 지원하는 언어이기 때문입니다. 자바스크립트 하나로 프론트엔드, 백엔드, 인프라 관리, 서버리스 지원, 앱 개발 등을 할 수 있어서 첫 시작으로도 적합합니다.
개발자 규모가 커진다면 정적 타이핑을 지원하는 언어를 쓰는 것이 좋습니다. 타입스크립트를 도입하면 자바스크립트 문법을 사용하면서 정적 타이핑을 도입할 수 있습니다. 타입이 미리 정해져 있어야 협업 시에 코드를 읽는 것이 편하고 버그 수정 및 디버깅에 용이하기 때문입니다(타입스크립트 문법은 이 책의 부록에서 확인할 수 있습니다).
데이터베이스는 검색과 축적이 쉽도록 정리된 데이터의 모음입니다. 대부분의 서버 애플리케이션은 클라이언트에서 받은 데이터를 어딘가에 저장합니다. 그것이 메모리일 수도 있고, 텍스트 파일일 수도 있고, 엑셀일 수도 있고, 특정 프로토콜을 통해 생성한 바이너리 파일일 수도 있습니다. 검색을 지원하고, 입력한 데이터 수정 및 삭제도 가능해야 하며, 수많은 읽기와 수정 삭제 요청이 동시다발로 이루어지는 상황을 생각해 봅시다. 단순한 텍스트 파일로 그 모든 요구사항을 충족시키기는 어려울 겁니다.
일반적으로 현업에서 “데이터베이스”라고 말하면 데이터베이스 소프트웨어를 의미합니다. 따라서 이 책에서 부르는 데이터베이스 역시 데이터베이스 소프트웨어 의미로 사용하겠습니다. 데이터베이스는 데이터 저장 시 수많은 문제가 생길 수 있는 상황에서도 데이터를 가능한 한 안전하게 보관, 검색, 수정, 삭제가 가능하도록 하는 고마운 소프트웨어입니다.
유명한 데이터베이스로는 오라클(Oracle), 마이에스큐엘(MySQL)/마리아디비(MariaDB), 에스큐엘서버(SQL Server), 포스트그레스큐엘(PostgreSQL), 에스큐엘라이트(SQLite), 몽고디비(MongoDB), 카산드라(Cassandra), 다이 나모디비(DynamoDB), 네오포제이(Neo4j), 코크로치디비(CockroachDB) 등이 있습니다. 앞서 열거한 것들은 모두 국외에서 만든 데이터베이스입니다. 국산 데이터베이스 소프트웨어로는 알티베이스, 큐브리드, 티베로 등이 있습니다. 이름만 열거했는데도 굉장히 많습니다만, 무료로 사용 가능한 데이터베이스 중에는 MySQL 인기가 가장 높습니다. 디비 엔진 랭킹5에 보면 이외에도 많은 데이터베이스 가 있습니다.
데이터베이스는 여러 가지로 구분할 수 있는데, RDB와 RDB가 아닌 것으로 보통 구분합니다. RDB는 Relational Database의 약자로 관계형 데이터베이스라는 뜻입니다. RDB가 아닌 데이터베이스를 NoSQL 또는 NewSQL로 구분합니다. 관계형 데이터베이스는 데이터를 행(row)과 열(column)로 이루어진 테이블로 관리하며, 기본 키(Primary key)를 사용해 각 행을 식별합니다. 또한 각 테이블 간에 관계를 지을 수 있습니다. RDB에서 가장 유명한 데이터베이스들은 오라클, MySQL, SQL 서버, PostgreSQL이 있습니다.
ACID 트랜잭션
RDB의 특징으로 ACID로 불리는 트랜잭션이 있습니다. ACID는 각각 원자성(Atomicity), 일관성(Consistency), 격리성(Isolation), 내구성(Durability)을 의미합니다. 원자성은 트잭젝션을 구성하는 명령이 하나의 묶음으로 처리되어서 함께 성공하거나 실패하는 것을 보장하는 기법입니다.
일관성은 트랜잭션에서 실행된 변경 사항이 데이터베이스의 무결성 조건을 만족하는 겁니다. 격리성은 두 개의 트랜잭션이 서로에게 영향을 미칠 수 없는 성질을 의미합니다. 내구성은 트랜잭션이 성공적으로 끝나면 그 결과가 데이터베이스에 계속 유지되는 성질을 말합니다. ACID 트랜잭션은 데이터베이스에서 데이터의 일관성을 유지하도록 해줍니다. 또한 문제가 생긴 때에는 이전의 상태로 되돌릴 수 있게 해줍니다. 최근에는 NoSQL 데이터베이스에서도 트랜잭션을 지원하는 경우가 많습니다. 다만, NoSQL은 보통 분산 데이터베이스를 가정하는 경우가 많아서 RDB보다는 추가적인 제약사항이 있습니다.
SQL
SQL은 Structured Query Language의 약자로 말 그대로 쿼리(데이터 검색)를 하는 프로그래밍 언어입니다. SQL도 하나만 있는 것이 아니라 ANSI 표준 SQL이 있고, 각 RDB별로 방언이 있습니다. 데이터베이스 전문가가 아니라면 ANSI 표준 SQL을 익혀 두고 때에 맞게 활용하면 무방합니다. SQL도 사실 데이터 질의를 위한 언어이므로 RDB 전용이라고 보기는 힘듭니다. NoSQL에도 SQL 엔진을 도입해서 데이터를 조금 더 편하게 질의하도록 지원하는 경우가 많습니다.
NoSQL의 뜻이 SQL을 안 쓴다는 의미로 사용되기도 합니다만, 최근에는 Not Only SQL의 의미로 많이 사용합니다. 애플리케이션을 작성할 때 RDB와 NoSQL의 장단점을 살려서 사용하면 좋기 때문에 Not Only SQL이라는 의견에 저도 조금 더 찬성합니다.
RDB는 데이터 저장, 질의, 수정, 삭제가 용이하지만 반면에 성능을 올리는 게 쉽지 않습니다. 데이터베이스의 성능을 높이려면 머신의 성능을 좋게 하는 스케일업 또는 머신을 여러 대로 분리하는 스케일아웃이 필요합니다. 스케일업은 장비를 좋게 하면 되지만, 스케일아웃은 데이터베이스가 여러 대가 되면서 분산되므로 이때 트랜잭션을 사용하면 성능이 떨어지게 됩니다. 또한 기본적으로는 스케일아웃을 지원하지 않습니다. RDB의 이러한 문제들을 해결하기 위해 (통칭) NoSQL이 등장했습니다.
데이터 모델링을 어떻게 하느냐에 따라서 NoSQL을 구분할 수 있습니다.
소규모 서비스라면 RDB만으로 충분합니다. 규모가 커지면 키 밸류 캐시, 키 밸류 스토어, 도큐먼트 스토어, 와이드 컬럼 스토어 정도를 사용합니다. 키 밸류 캐시, 키 밸류 스토어, 도큐먼트 스토어, 와이드 컬럼 스토어만 간단히 설명을 드리겠습니다.
키 밸류 캐시로 멤캐시드(Memcached)와 레디스(Redis)가 많이 사용됩니다. 멤캐시드는 키 밸류 형태의 데이터만 제공하며 레디스는 다양한 데이터 구조를 지원합니다. 둘 다 클러스터를 쉽게 지원하므로 분산 환경에서 편하게 사용할 수 있습니다. 레디스는 싱글 스레드라서 오래 걸리는 작업을 하면 서버가 멈추게 됩니다. 따라서 오래 걸리는 작업을 메인 스레드에서 하지 않는 것이 좋습니다. 맴캐시드는 멀티 스레드입니다.
키 밸류 스토어로는 다이나모디비, 카우치베이스(Couchbase)가 많이 사용됩니다. 앞서 언급한 캐시와 다른 점은 캐시는 서버를 껐다가 켜면 데이터가 휘발되어 날아갈 수 있지만, 키 밸류 스토어는 그렇지 않다는 겁니다. 쓰기와 업데이트가 빈번하게 일어나는 게임 서버에서 많이 사용합니다.
도큐먼트 스토어로는 몽고디비가 유명합니다. 피파 온라인에서 데이터베이스로 채택했고 라인에 서도 많이 사용합니다. 데이터로 JSON과 매우 비슷하게 생긴 BSON이라는 문서 모델을 저장합니다. JSON(JavaScript Object Notation)은 데이터 저장 및 전송 시 사용하는 경량의 데이터 표현 형식입니다. 자바스크립트의 객체의 형식을 기반으로 만들어져 있습니다.
몽고디비에서는 테이블 개념인 컬렉션이라는 개념이 있으며, 검색 시 인덱스를 사용하거나, ACID 트랜잭션을 지원하는 등 RDB에서만 사용했던 기능을 많이 가져오려고 시도합니다.
와이드 컬럼 스토어는 RDB와 유사하게 행과 열 테이블을 사용합니다. RDB와 다른 점으로는 행마다 열의 이름과 타입이 다를 수 있다는 겁니다. 또한 2차원 키 밸류 저장소로 사용할 수도 있습니다. 대표적으로 구글의 빅테이블(Bigtable)이 있으며 오픈 소스로는 아파치 카산드라가 있습니다. 카산드라는 단일장애점(Single Point Of Failure, SPOF)이 없으며 확장성과 성능이 뛰어나다는 특징이 있습니다.
여러분이 인터넷에 웹서비스를 만들어서 서비스한다고 가정해봅시다. 인터넷으로 연결되어서 제공되는 서비스이므로 어딘가에는 서비스를 제공해 주는 서버가 필요합니다. 그럼 서버는 어디에 있어야 할까요? 서버는 인터넷으로 연결되어, 유저가 요청을 보내면 응답을 주어야 합니다. 상식적으로 생각해보면 물리적인 공간에 서버가 존재하고, 해당 서버에서 요청에 대한 응답을 주는 게 맞을 것 같습니다.
이것은 클라우드 이전의 시대에는 맞는 말이었습니다. 많은 기업이 IDC(Internet Data Center)라는 건물에 서버를 설치해 두고 인터넷 서비스를 하였습니다. 서버 장비에 문제가 생기면 개발자들이 IDC에 뛰어가는 일도 있었습니다. 반면 클라우드를 이용하면 사용자는 이러한 물리적 서버를 직접 설치하지 않고도 서버 자원을 사용할 수 있습니다. 클라우드 컴퓨팅을 이용하면 서버 장비를 구매, 설치하지 않고, 서버의 기능을 하는 서비스를 인터넷으로 제공받게 됩니다.
매우 많은 서버의 CPU와 메모리, 매우 많은 네트워크 장비의 네트워크 대역폭을 잘게 쪼갠 다음 나누어서 서비스할 수 있다면 어떨까요? 그리고 장비에 문제가 생기더라도 정상인 다른 장비의 자원으로 손쉽게 교체할 수 있다면 어떨까요? 그것이 바로 클라우드 서비스입니다. 클라우드 서비스 는 수많은 서버의 자원을 탄력적으로 제공합니다. 기술적으로는 하드웨어의 가상화가 필요합니다만, 사용자가 신경 쓸 사안은 아닙니다. 사용자는 그저 필요한 만큼 사용하면 됩니다.
클라우드 서비스를 제공하는 회사는 굉장히 많이 있습니다. 클라우드 서비스 중 아마존의 AWS와 마이크로소프트의 애저(AZURE), 구글의 GCP가 가장 유명합니다.
2022년 1분기 기준 3사가 65%의 점유율을 가지고 있습니다.
IDC와 클라우드 서비스를 구분 짓는 큰 특징으로는 사용한 만큼 요금을 내는 것이 있습니다. 클라우드 서비스 제공자마다 다릅니다만, 대부분 1분 단위의 과금 기준을 가지고 있습니다. 실제로 서버 장비를 구매하여 유지보수하는 것보다는 비싼 편입니다만, 유저가 갑자기 몰리는 시간에 서버를 여러 대 더 띄워서 대응하거나 유저가 없을 때는 서버를 축소해서 비용을 아끼는 등의 전략이 가능합니다. 그러므로 사용하지 않는 서버 자원을 적절히 종료해서 비용을 절감할 수 있습니다. 또는 유휴 자원의 서버를 저렴하게 사용할 수 있게 해주는 스팟 인스턴스(GCP에서는 스팟 VM) 서비스도 있어서 잘 사용하면 좋습니다.
클라우드 서비스는 크게 3가지 유형이 있습니다. 서버 인프라 환경 서비스를 제공하는 IaaS(Infrastructure as a Service), 애플리케이션 개발 및 실행 환경을 제공하는 PaaS(Platform as a Service), 브라우저 기반으로 소프트웨어를 사용할 수 있게 하는 SaaS(Software as a Service)입니다. IaaS는 기존의 서버 환경의 인프라를 클라우드 서비스로 제공하는 것을 말합니다. 서버, 스토리지, 네트워킹과 같은 컴퓨팅 자원을 사용할 수 있습니다.
PaaS는 인프라를 구축할 필요 없이, 개발자가 코드만 작성하면 서버 환경이 구성되는 것을 의미합니다. PaaS를 사용하면 사용자는 코드 작성 및 애플리케이션 구축에 집중할 수 있으며, 클라우드 제공자는 서버 프로비저닝, 리소스 확장 및 기본 인프라 관리와 같은 작업을 처리하게 됩니다. 관련 서비스로 헤로쿠(Heroku), AWS 일래스틱 빈스토크(AWS Elastic Beanstalk), 애저 앱 서비스(Azure App Service), GCP의 앱 엔진(App Engine) 등이 있습니다.
SaaS는 기존에는 패키지로 설치해야만 했던 애플리케이션을 브라우저를 통해 사용하도록 해주는 서비스를 의미합니다. SaaS 서비스의 예시로는 구글 독스, 마이크로소프트 오피스 365, 어도비 크리에이티브 클라우드 등이 있습니다.
기능적으로는 큰 차이가 없습니다. 애저는 마이크로소프트의 기반 기술로 되어 있어서 비주얼 스튜디오 등의 기능을 제공하는 점이나, GCP는 구글의 기술인 빅쿼리를 제공하는 등이 차이입니다.
비교를 위해 기능을 표로 만들어 두긴 했습니다만, 노코드, 태스크 실행, 람다 등 훨씬 더 많은 기능들이 있습니다. 학습을 위해서는 각 클라우드 서비스의 웹사이트를 참고하는 것이 좋습니다. 백엔드 개발을 하고 있다면 필연적으로 사용하게 되는 것이 클라우드 서비스입니다. 가장 점유율이 높은 AWS를 기준으로 학습을 하거나, 회사에서 사용하는 클라우드 서비스를 중심으로 학습을 해보는 것이 좋습니다. 자원을 사용하는 만큼 비용이 청구되니, 학습 후에는 꼭 자원을 정리하는 것을 잊지 마세요.
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