Spring Boot와 Rate Limiting 성능과 안정성을 위한 필수 기술

Spring Boot와 Rate Limiting: 성능과 안정성을 위한 필수 기술

Overview

Spring Boot는 다양한 기능을 제공하는 강력한 프레임워크로, 현대적인 애플리케이션 개발에서 널리 사용됩니다. 그 중에서도 "Rate Limiting"은 서버의 과부하를 방지하고 안정성을 높이는 중요한 기술입니다. Rate Limiting은 특정 시간 내에 요청을 얼마나 수용할 수 있는지를 제어하여, 서버가 너무 많은 요청에 의해 과부하되는 것을 방지합니다. 이 글에서는 Spring Boot에서 Rate Limiting을 구현하는 방법과 관련된 개념, 에러 처리, 그리고 구체적인 예시를 제공하겠습니다.

Rate Limiting이란?

Rate Limiting은 특정 API나 서버가 수용할 수 있는 요청의 수를 제한하는 기술입니다. 이를 통해 서버의 리소스를 보호하고 서비스의 품질을 유지할 수 있습니다. 주로 웹 서비스에서 사용되며, DDoS 공격, 과도한 트래픽, 그리고 무분별한 API 호출로부터 서버를 보호하는 데 효과적입니다.

Spring Boot에서 Rate Limiting 구현하기

Spring Boot에서 Rate Limiting을 구현하는 방법에는 여러 가지가 있습니다. 이 글에서는 Bucket4j 라이브러리를 사용한 구현 방법을 자세히 설명하겠습니다. Bucket4j는 Java 기반의 Rate Limiting 라이브러리로, 매우 직관적이고 설정이 간편합니다.

1. Bucket4j 라이브러리 의존성 추가

먼저, Spring Boot 프로젝트에 Bucket4j 라이브러리를 추가해야 합니다. Maven을 사용하는 경우 pom.xml에 다음 의존성을 추가합니다:

<dependency>
  <groupId>io.github.bucket4j</groupId>
  <artifactId>bucket4j-core</artifactId>
  <version>7.6.0</version> <!-- 최신 버전 확인 후 적용 -->
</dependency>

Gradle을 사용하는 경우 build.gradle에 다음을 추가합니다:

implementation 'io.github.bucket4j:bucket4j-core:7.6.0' // 최신 버전 확인 후 적용

2. Rate Limiting 설정하기

Bucket4j를 사용하여 Rate Limiting을 설정하는 과정은 다음과 같습니다.

2.1. Bucket4j 설정 클래스 생성

Spring Boot에서는 Rate Limiting을 전역적으로 적용하기 위해 필터를 사용할 수 있습니다. 먼저, Bucket4j를 사용하여 설정할 클래스를 생성합니다. RateLimiterConfig라는 클래스를 생성하여 Bucket4j의 설정을 정의합니다:

import io.github.bucket4j.Bucket;
import io.github.bucket4j.BucketConfiguration;
import io.github.bucket4j.Bucket4j;
import io.github.bucket4j.Bucket4jConfiguration;
import io.github.bucket4j.Refill;
import io.github.bucket4j.ConsumptionProbe;
import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;

import java.time.Duration;

@Configuration
public class RateLimiterConfig {

@Bean
public Bucket bucket() {
return Bucket4j.builder()
.addLimit(BucketConfiguration.builder()
.withCapacity(10) // 버킷의 최대 용량
.withRefill(Refill.intervally(10, Duration.ofMinutes(1))) // 1분마다 10개의 토큰을 리필
.build())
.build();
}
}

위 코드에서 Bucket4j.builder()를 통해 Rate Limiting 설정을 정의합니다. withCapacity는 버킷의 최대 용량을 설정하며, withRefill은 일정 시간마다 토큰을 재충전하는 설정입니다.

2.2. 필터 설정하기

Bucket4j를 사용하여 Rate Limiting을 적용할 필터를 생성합니다. 필터는 요청이 들어올 때마다 Rate Limiting을 적용하는 역할을 합니다. 다음은 RateLimitingFilter라는 필터를 설정하는 예시입니다:

import io.github.bucket4j.Bucket;
import io.github.bucket4j.Bucket4j;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.web.filter.OncePerRequestFilter;

import javax.servlet.FilterChain;
import javax.servlet.ServletException;
import javax.servlet.ServletRequest;
import javax.servlet.ServletResponse;
import javax.servlet.http.HttpServletRequest;
import javax.servlet.http.HttpServletResponse;
import java.io.IOException;

public class RateLimitingFilter extends OncePerRequestFilter {

@Autowired
private Bucket bucket;

@Override
protected void doFilterInternal(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, FilterChain filterChain)
throws ServletException, IOException {
if (bucket.tryConsume(1)) {
filterChain.doFilter(request, response);
} else {
response.setStatus(HttpServletResponse.SC_TOO_MANY_REQUESTS);
response.getWriter().write("Rate limit exceeded");
}
}
}

이 필터는 요청이 들어올 때마다 bucket.tryConsume(1)을 호출하여 요청이 허용되는지 확인합니다. 만약 허용되지 않는다면 HTTP 상태 코드 429 (Too Many Requests)를 반환합니다.

2.3. 필터 등록하기

이제 Spring Boot 애플리케이션에 필터를 등록합니다. WebConfig라는 설정 클래스를 만들어서 필터를 등록합니다:

import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;
import org.springframework.web.servlet.config.annotation.WebMvcConfigurer;

@Configuration
public class WebConfig implements WebMvcConfigurer {

@Bean
public RateLimitingFilter rateLimitingFilter() {
return new RateLimitingFilter();
}
}

Rate Limiting의 장점

• 서비스 안정성 향상: Rate Limiting을 통해 과도한 요청으로 인한 서버 과부하를 방지할 수 있습니다.
• 사용자 경험 개선: 적절한 Rate Limiting은 서비스의 응답성을 유지하면서도 과도한 트래픽을 처리할 수 있습니다.
• 보안 강화: DDoS 공격과 같은 악의적인 요청으로부터 서버를 보호할 수 있습니다.

발생할 수 있는 에러와 해결책

에러 1: java.lang.NullPointerException

원인: Bucket 객체가 null일 때 발생할 수 있습니다. 이는 RateLimiterConfig에서 Bean으로 등록되지 않았을 때 발생할 수 있습니다.

해결책: RateLimiterConfig 클래스가 제대로 등록되었는지 확인하고, bucket() 메소드에서 올바른 설정을 제공했는지 확인합니다.

에러 2: 429 Too Many Requests

원인: Rate Limiting이 설정되어 있지만 요청이 너무 많아서 제한을 초과할 때 발생합니다.

해결책: Rate Limiting 설정을 조정하여 더 많은 요청을 수용할 수 있도록 하거나, 서버의 용량을 확장하여 요청을 처리할 수 있도록 합니다.

참고문서

• Bucket4j 공식 문서
• Spring Boot 공식 문서

이와 같은 방법으로 Spring Boot에서 효과적인 Rate Limiting을 구현하여 서비스의 안정성과 성능을 강화할 수 있습니다. Rate Limiting을 적절히 설정하면 서버의 리소스를 효율적으로 관리할 수 있고, 사용자 경험을 개선하며, 보안 위협에 대응할 수 있습니다.