NATS 시스템으로 채팅 서버 만들기

🚀 클라우드 네이티브 메시징의 핵심: NATS 시스템 완전 분석

1. NATS란 무엇인가? 단순함 속의 초고속 메시징

NATS(Neural Autonomic Transport System)는 클라우드 네이티브 환경을 위해 설계된 고성능, 고가용성 메시징 시스템입니다. 전통적인 메시지 큐 시스템과 달리, NATS는 단순함과 속도를 최우선으로 하여 마이크로서비스 아키텍처(MSA)의 메시징 백본으로 각광받고 있습니다.

Core NATS의 특징 (실시간 통신)

Core NATS는 기본적으로 **"최대 한 번(At Most Once)"**의 QoS(서비스 품질)를 제공하며, 이는 엄청난 성능을 가능하게 하는 핵심입니다.

• 발행/구독 (Pub/Sub): 가장 기본적인 모델로, 하나의 주제(Subject)로 발행된 메시지를 해당 주제를 구독하는 모든 클라이언트에게 전달합니다.
• 분산 큐 (Queue Group): 동일한 큐 그룹 이름으로 구독하는 여러 인스턴스 중 오직 하나에게만 메시지를 전달하여 작업 부하를 분산하고 중복 처리를 방지합니다.
• 동적 확장성: 큐 그룹에 새로운 인스턴스가 추가되거나 제거될 때, NATS가 자동으로 메시지 라우팅을 조정하는 동적 확장을 지원합니다.

2. JetStream: NATS에 영속성과 안정성을 더하다

Core NATS는 빠르지만 메시지 영속성이나 전달 보장을 제공하지 않습니다. 이 한계를 극복하기 위해 등장한 것이 바로 JetStream입니다. JetStream은 NATS 서버에 내장된 영속성 엔진으로, 엔터프라이즈급 메시징 기능을 제공합니다.

 

JetStream의 주요 기능

기능	설명	Core NATS와의 차이점
영속성	메시지를 디스크 또는 메모리에 저장하여 서버 장애나 구독자 오프라인 시에도 메시지를 보존합니다.	메시지를 저장하지 않고 유실될 수 있습니다.
전달 보장	최소 한 번 (At-Least-Once) 또는 정확히 한 번 (Exactly-Once) 전달을 보장합니다.	기본적으로 전달을 보장하지 않습니다.
이력 관리	저장된 메시지를 스트림(Stream) 형태로 관리하여, 필요 시 과거 이력을 다시 소비(Replay)할 수 있습니다.

JetStream 핵심 구성 요소

1. 스트림 (Stream): 영속적인 메시지 저장소로, 특정 NATS 주제 패턴의 메시지를 캡처하여 보관합니다.
2. 컨슈머 (Consumer): 스트림에 저장된 메시지를 소비하는 주체입니다. Pull 방식(능동적 요청) 또는 Push 방식(수동적 수신)으로 메시지를 가져가며, 반드시 **확인 응답(ACK)**을 통해 전달 보장을 확보합니다.

3. 확장 가능한 채팅 서버 아키텍처 예시

NATS와 JetStream을 결합하면 고성능과 안정성을 모두 갖춘 확장 가능한 채팅 서버를 구축할 수 있습니다.

아키텍처 개요

1. 실시간 통신: Core NATS의 Pub/Sub 기능을 활용하여 chat.room.<room_id> 주제로 메시지를 초고속으로 발행 및 구독합니다.
2. 이력 및 오프라인 메시지: JetStream의 CHAT_HISTORY 스트림에 모든 채팅 메시지를 저장합니다. 로그인 시, 컨슈머를 통해 오프라인 동안 쌓인 메시지를 정확히 로딩합니다.
3. 수평 확장: 채팅 서버 인스턴스(NATS 클라이언트)를 무제한으로 늘려 WebSocket 연결 부하를 분산합니다.

고가용성 확보: 풀 메시 클러스터

NATS 서버는 **풀 메시 클러스터(Full Mesh Cluster)**로 구성해야 합니다.

• 정의: 클러스터 내 모든 서버가 서로 직접 연결된 구조입니다.
• 이점: 클라이언트는 클러스터 내 어느 서버에 연결해도 모든 메시지를 주고받을 수 있으며, 서버 장애 시 자동으로 다른 서버로 연결을 전환하여 서비스 중단 없는 고가용성을 확보합니다.
• 권장 구성: JetStream의 데이터 일관성을 위해 NATS 서버는 **3대 이상 (홀수)**으로 구성하는 것이 필수적입니다.

4. 운영의 장점: 구현 없는 백본

NATS 시스템의 가장 큰 장점은 NATS 서버 자체는 설정 파일(.conf)만으로 운영이 가능하며, 개발자가 복잡한 메시징 로직을 직접 구현할 필요가 없다는 것입니다.

개발팀은 NATS 서버라는 강력한 백본 위에 채팅 서버 애플리케이션의 비즈니스 로직 구현에만 집중할 수 있어 개발 속도와 효율성을 극대화할 수 있습니다.