캐시 전략: 어디에 어떤 캐시를 적용할 것인가?

1. 캐시란 무엇인가?

캐시(cache)는 데이터를 임시로 저장하여, 이후 같은 데이터를 빠르게 접근할 수 있도록 돕는 고속 저장 공간입니다. 컴퓨팅에서 캐시는 시스템 응답 속도를 높이고, 서버 부하를 줄이며, 사용자 경험(UX)을 향상시키는 중요한 역할을 합니다.

2. 캐시 전략의 중요성

적절한 캐시 전략은 시스템 성능 최적화의 핵심입니다. 잘못된 캐시 적용은 데이터 불일치, 오히려 성능 저하, 메모리 낭비 등의 문제를 일으킬 수 있습니다. 그렇기 때문에 어디에, 어떤 캐시를 어느 시점에 적용할지 전략을 잘 수립해야 합니다.

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3. 캐시 적용 위치별 전략

3.1 클라이언트 캐시

• 정의: 사용자의 브라우저나 앱 내에 데이터를 저장하는 캐시
• 예시: 브라우저 로그인 토큰, 이미지, CSS 파일
• 장점: 서버 요청 감소, 빠른 응답
• 적용 팁:
  • HTTP 캐시 헤더(Cache-Control, ETag, Expires)를 적절히 설정
  • 상태가 자주 변하지 않는 정적 리소스에 활용

3.2 CDN 캐시

• 정의: 전 세계 분산된 네트워크 상에서 콘텐츠를 미리 저장
• 예시: 정적 이미지, 동영상, JS 파일
• 장점: 지리적 근접성을 통해 빠른 콘텐츠 전송, 서버 부하 감소
• 적용 팁:
  • 정적 자원 별로 TTL(Time To Live)을 조절
  • 무상태(Stateless) 리소스에 집중

3.3 서버 측 캐시

• 정의: 웹 서버 또는 애플리케이션 서버 내부에 캐시를 두는 방식
• 예시: DB 쿼리 결과, API 응답
• 장점: 데이터베이스 부하 감소, 빠른 요청 처리
• 적용 팁:
  • 자주 쓰이지만 변경이 적은 데이터 캐싱
  • 메모리 기반 캐시(e.g., Redis, Memcached) 활용

3.4 데이터베이스 캐시

• 정의: DB 쿼리 결과를 캐시하는 기법
• 예시: 복잡한 조회 쿼리 결과
• 장점: DB 부하 감소, 속도 향상
• 적용 팁:
  • 인메모리 DB 캐시(Table Cache, Query Cache)
  • 변경이 적고 읽기 위주인 테이블에 적용

3.5 프록시 캐시

• 정의: 네트워크 중간에 위치하여 요청을 대신 처리하는 캐시
• 예시: Nginx Reverse Proxy 캐시
• 장점: 서버 부하 완화, 네트워크 사용 최적화
• 적용 팁:
  • 캐시 무효화 정책 신중 검토 필요

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4. 캐시 적용 시 고려 사항

4.1 캐시 무효화 전략

• 업데이트 시점에 캐시된 데이터를 새로고침해야 합니다.
• TTL 설정, 이벤트 기반 캐시 삭제(Invalidate), 버전 관리 방식 활용

4.2 일관성 문제

• 쓰기 작업과 캐시 데이터 동기화 필요
• 기대하는 일관성 수준에 따라 강한 일관성 또는 최종 일관성 선택

4.3 용량과 비용

• 메모리 사용 비용 대비 효과 분석
• 과도한 캐시는 오히려 시스템에 부담

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5. 자바 예제: Redis를 사용한 서버 측 캐시 적용

import redis.clients.jedis.Jedis;

public class CacheExample {
    private Jedis jedis;

    public CacheExample() {
        this.jedis = new Jedis("localhost", 6379);
    }

    // 데이터 조회 (캐시 우선)
    public String getData(String key) {
        // 캐시 조회
        String cachedData = jedis.get(key);
        if (cachedData != null) {
            System.out.println("캐시 히트: " + key);
            return cachedData;
        }

        // 캐시 미스 시 실제 데이터 호출 (예: DB 호출 대체 코드)
        String dbData = getDataFromDB(key);

        // 캐시에 저장 (TTL 300초)
        jedis.setex(key, 300, dbData);
        System.out.println("캐시 저장: " + key);
        return dbData;
    }

    // 실제 데이터 소스(예: DB) 호출 모방
    private String getDataFromDB(String key) {
        // 실제 복잡한 로직이 들어갈 부분
        return "데이터_" + key;
    }

    public static void main(String[] args) {
        CacheExample cacheExample = new CacheExample();
        System.out.println(cacheExample.getData("user:123")); // 첫 호출 - 캐시 미스
        System.out.println(cacheExample.getData("user:123")); // 두번째 호출 - 캐시 히트
    }
}

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6. 결론

캐시는 현대 소프트웨어 아키텍처에서 성능 개선을 위한 필수 도구입니다. 캐시를 어디에 적용할지, 어떤 데이터를 캐시에 저장할지, 그리고 무효화 정책은 어떻게 할지 신중하게 전략을 세워야 합니다. 클라이언트, CDN, 서버, DB 각각의 특성과 데이터 특성에 맞춰 올바르게 적용할 때 최대의 효과를 얻을 수 있습니다.

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참고 자료

• HTTP 캐시 - MDN Web Docs
• Redis 공식 문서
• Nginx 캐시 설명