Ruby on Rails 성능 최적화: 레일즈 캐싱

Rails에서 제공하는 캐싱(Caching)은 웹 애플리케이션의 성능을 향상시키기 위해 자주 사용되는 데이터나 결과를 저장하여 불필요한 데이터베이스 호출이나 복잡한 연산을 줄이는 기술이다. Rails는 다양한 캐싱 메커니즘을 제공하며, 각각의 용도와 특징이 있다.

1. Page Caching

페이지 캐싱은 컨트롤러 액션의 전체 HTML 출력을 정적 HTML 파일로 저장하여 처리 속도를 높이는 방식이다. 이 방식은 인증이 필요 없는 정적 페이지에 적합하다. 동적 컨텐츠에는 부적합해보인다.

ex

class ProductsController < ActionController::Base
  caches_page :index

  def index
    @products = Product.all
  end
end

• /products 요청 시 Rails는 public/products.html 파일을 생성하고, 이후 요청은 이 정적 파일을 반환한다.
• Rails 4 이후에는 actionpack-page_caching gem을 설치해야 사용 가능하다.

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2. Action Caching

액션 캐싱은 페이지 캐싱과 유사하지만, 인증이나 필터와 같은 로직을 포함할 수 있다.

ex

class ProductsController < ActionController::Base
  caches_action :show

  def show
    @product = Product.find(params[:id])
  end
end

• /products/:id 요청 시 해당 액션의 결과가 캐싱된다.
• 이 방식도 Rails 4 이후에는 actionpack-action_caching gem이 필요하다.

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3. Fragment Caching

프래그먼트 캐싱은 페이지 일부(뷰 템플릿의 특정 부분)를 캐싱하는 방식으로, 동적 컨텐츠를 포함한 페이지에서 유용하다.

ex: 제품 목록 캐싱

<% cache 'recent_products' do %>
  <ul>
    <% @products.each do |product| %>
      <li><%= product.name %></li>
    <% end %>
  </ul>
<% end %>

• recent_products라는 키로 HTML 조각이 캐시되며, 동일한 키를 가진 요청 시 캐시된 데이터를 반환한다.

ex: 컬렉션 렌더링 캐싱

<%= render partial: 'products/product', collection: @products, cached: true %>

• @products 컬렉션의 각 항목에 대해 개별적으로 캐싱된다.

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4. Russian Doll Caching

러시안 돌 캐싱은 중첩된 프래그먼트 캐싱으로, 부모와 자식 요소가 서로 독립적으로 갱신될 수 있도록 한다. (이름 잘지은듯ㅋㅋ)

ex: 댓글이 포함된 게시물 캐싱

<% cache @post do %>
  <h1><%= @post.title %></h1>
  <% cache [@post, @post.comments] do %> # 제목을 호출하고 댓글을 호출
    <ul>
      <% @post.comments.each do |comment| %>
        <li><%= comment.body %></li> # 제목하나당 각 댓글을 순회하며 내용을 표시한다.
      <% end %>
    </ul>
  <% end %>
<% end %>

• 게시물과 댓글 각각을 별도로 캐싱하여 효율적으로 관리한다.

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5. Low-Level Caching

저수준 캐싱은 특정 데이터나 연산 결과를 직접 저장하고 읽는 방식으로, 가장 세밀하게 제어할 수 있다.

ex: Rails.cache.fetch

class Product < ApplicationRecord
  def competing_price
    Rails.cache.fetch("#{cache_key_with_version}/competing_price", expires_in: 12.hours) do
      Competitor::API.find_price(id)
    end
  end
end

# 사용 예시:
price = Rails.cache.fetch('product_price') { calculate_price }

• fetch는 키(cache_key_with_version/competing_price)로 값을 검색하고, 없으면 블록을 실행해 값을 저장한다.
• 만료 시간(expires_in)을 설정해 자동으로 갱신할 수 있다.

저수준 API 사용 ex

# 값 쓰기
Rails.cache.write('key', 'value', expires_in: 5.minutes)

# 값 읽기
Rails.cache.read('key')

# 값 삭제
Rails.cache.delete('key')

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6. Cache Store 설정

Rails는 다양한 캐시 스토어를 지원하며, 필요에 따라 선택할 수 있다.

• 기본적으로 file_store, memory_store, mem_cache_store, redis_cache_store 등을 사용 가능하다.
• 설정 ex (config/environments/production.rb):

  config.cache_store = :redis_cache_store, { url: ENV['REDIS_URL'] }
  

Memory Store (:memory_store)

• 가장 빠른 캐시 스토어로, Ruby 웹 서버의 프로세스 메모리에 데이터를 저장한다.
• 기본적으로 32MB의 메모리를 사용하며, 설정을 통해 크기를 조절할 수 있다.
• 개발 환경에서 주로 사용되며, Rails 5 이후 새로운 애플리케이션 생성 시 개발 환경의 기본 캐시 스토어로 설정된다.
• 서버 재시작 시 캐시가 자동으로 초기화되어 개발 중 편리하다.
• 여러 서버 프로세스를 사용하는 환경에서는 적합하지 않다.

File Store (:file_store)

• 캐시 데이터를 파일 시스템에 저장한다.
• 디스크 용량이 허용하는 한 많은 데이터를 저장할 수 있지만, 다른 스토어에 비해 속도가 느리다.
• 하나 또는 두 개의 호스트에서 서비스되는 중소 규모 사이트에 적합하다.
• 주기적으로 오래된 캐시 항목을 정리해야 한다.

Memcached Store (:mem_cache_store)

• Dalli gem과 Memcached를 사용하여 중앙 집중식 인메모리 캐시를 제공한다.
• 기본적으로 64MB의 캐시 크기를 사용하며, 설정을 통해 조정 가능하다.
• 여러 서버 프로세스나 호스트 간에 캐시를 공유할 수 있어 대규모 프로덕션 환경에 적합하다.
• Memcached 서버가 재시작되면 모든 캐시가 초기화된다.

Redis Cache Store (:redis_cache_store)

• Redis를 사용하여 캐시 데이터를 저장한다.
• Rails 5.2에서 도입되었으며, Memcached와 유사한 기능을 제공한다.
• 분산 캐싱에 적합하며, 여러 애플리케이션 서버 인스턴스가 공통 캐시를 공유할 수 있다.
• 자동 만료 정책을 설정할 수 있어 메모리 관리가 용이하다.
• Redis의 영속성 기능으로 인해 서버 재시작 후에도 캐시 데이터가 유지될 수 있다.

개발 환경에서는 Memory Store나 File Store를, 프로덕션 환경에서는 Memcached Store나 Redis Cache Store를 사용하는 것이 좋다.

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Redis Cache Store와 Memcached Store 비교

특징	Redis Cache Store	Memcached Store
데이터 구조	다양한 데이터 구조 지원 (문자열, 리스트, 해시, 셋 등)	단순 키-값 저장만 지원
영속성	디스크에 데이터 저장 가능 (RDB, AOF)	메모리에만 저장, 영속성 없음
복제	마스터-슬레이브 복제 지원	복제 기능 없음
트랜잭션	트랜잭션 지원	트랜잭션 지원 안 함
메모리 효율성	Memcached에 비해 상대적으로 낮음	매우 높음
속도	매우 빠름	매우 빠름 (일부 작업에서 Redis보다 빠를 수 있음)
확장성	클러스터링 지원	샤딩은 가능하지만 클러스터링은 제한적
키 크기 제한	512MB	250 바이트
값 크기 제한	512MB	1MB
용도	캐싱, 세션 저장, 실시간 분석 등 다양한 용도	주로 단순 캐싱에 사용
Rails 통합	Rails 5.2 이후 기본 지원	오래전부터 지원됨
설정 복잡도	약간 복잡함	비교적 간단함
모니터링 도구	다양한 모니터링 도구 제공	제한적인 모니터링 도구

Redis는 더 다양한 기능과 데이터 구조를 제공하지만, Memcached는 단순하고 효율적인 캐싱에 특화되어 있다.

샤딩은 대규모 데이터셋을 여러개 작은 샤드로 나누는 서버분산 기술
클러스터링은 여러서버를 하나의 시스템처럼 작동하는 기술