Twitter Clone System Performance Analysis Report

RDB vs Cassandra 트윗 생성 성능 차이

📋 목차 (Table of Contents)

  1. 프로젝트 개요 및 목표

  2. 기술 스택 및 아키텍처 비교

  3. 성능 테스트 환경 및 방법론

  4. 상세 성능 분석 결과

  5. 성능 차이 원인 분석

  6. 결론

1. 프로젝트 개요 및 목표

🎯 프로젝트 목표:

  • 대규모 사용자를 지원하는 트위터 클론 시스템 구축

  • NoSQL(Cassandra)과 RDB(MySQL)의 성능 차이 실증적 분석

  • 분산 시스템 아키텍처 패턴 학습 및 적용

  • Fan-out-on-write 패턴을 통한 타임라인 서비스 최적화

🔍 핵심 연구 질문:

  1. Cassandra와 MySQL의 대용량 데이터 처리 성능 차이는?

  2. Fan-out-on-write 패턴에서 각 DB의 확장성은?

  3. 실시간 소셜 미디어 서비스에 최적화된 DB 선택 기준은?

2. 아키텍처 비교

Cassandra 아키텍처:

  • 3-Node Cassandra Cluster (포트: 9042, 9043, 9044)

  • Consistency Level: ONE (성능 최적화)

  • 배치 처리: 100개씩 분할 + 비동기 병렬 처리

  • ThreadPool: 8개 고정 스레드 (CPU 코어 수의 2배)

  • 네이티브 Cassandra BatchStatement 사용

RDB 아키텍처:

  • 4-Shard MySQL Cluster (포트: 3306, 3307, 3308, 3309)

  • 샤딩 전략: User ID 기반 해시 샤딩

  • Connection Pool: HikariCP

  • 트랜잭션: 단일 샤드 내 ACID 보장

  • 샤드 간 데이터 분산: 250,000명씩 균등 분할

3. 단계적 성능 측정

  • 팔로워 수별 단계적 성능 측정 (1명 → 10명 → 100명 → 1,000명 → 10,000명 → 100,000명)

  • LogTrace AOP를 통한 정밀한 메서드별 실행 시간 측정

  • 각 테스트 3회 실행 후 평균값 산출

  • 동일한 하드웨어 환경에서 순차 실행

4. 상세 성능 분석 결과

# 팔로워 1명
RDB
[8eec453f] RdbTweetController.createTweet(..)
[8eec453f] |-->RdbCreateTweetShardService.createTweetWithCorrectSharding(..) 
[8eec453f] |   |-->RdbFollowRepository.findFollowerIds(..) 
[8eec453f] |   |<--RdbFollowRepository.findFollowerIds(..) time=9ms
[8eec453f] |   |-->CrudRepository.save(..) 
[8eec453f] |   |<--CrudRepository.save(..) time=7ms
[8eec453f] |<--RdbCreateTweetShardService.createTweetWithCorrectSharding(..) time=28ms
[8eec453f] RdbTweetController.createTweet(..) time=29ms

CASSANDRA
[75649708] TweetController.createTweetOptimized(..) 시작
[75649708] |-->TweetServiceAdvanced.createTweet(..) 시작
[75649708] |   |-->CrudRepository.save(..) Tweet 저장 
[75649708] |   |<--CrudRepository.save(..) Tweet 저장 완료 (7ms)
[75649708] |   |-->CrudRepository.save(..) TweetByUser 저장 
[75649708] |   |<--CrudRepository.save(..) TweetByUser 저장 완료 (6ms)
[75649708] |   |-->FollowRepository.findByKeyFollowedUserId(..) 팔로워 조회 
[75649708] |   |<--FollowRepository.findByKeyFollowedUserId(..) 팔로워 조회 완료 (5ms)
[75649708] |<--TweetServiceAdvanced.createTweet(..) 완료 (총 24ms)
[75649708] TweetController.createTweetOptimized(..) 완료 (총 24ms)
----------------------------------------------------------------------------------------

# 팔로워 10명
RDB
[8eec453f] RdbTweetController.createTweet(..)
[8eec453f] |-->RdbCreateTweetShardService.createTweetWithCorrectSharding(..) 
[8eec453f] |   |-->RdbFollowRepository.findFollowerIds(..) 
[8eec453f] |   |<--RdbFollowRepository.findFollowerIds(..) time=9ms
[8eec453f] |   |-->CrudRepository.save(..) 
[8eec453f] |   |<--CrudRepository.save(..) time=7ms
[8eec453f] |<--RdbCreateTweetShardService.createTweetWithCorrectSharding(..) time=28ms
[8eec453f] RdbTweetController.createTweet(..) time=29ms

CASSANDRA
[3fbebb11] TweetController.createTweetOptimized(..) 시작
[3fbebb11] |-->TweetServiceAdvanced.createTweet(..) 시작
[3fbebb11] |   |-->CrudRepository.save(..) Tweet 저장 
[3fbebb11] |   |<--CrudRepository.save(..) Tweet 저장 완료 (3ms)
[3fbebb11] |   |-->CrudRepository.save(..) TweetByUser 저장 
[3fbebb11] |   |<--CrudRepository.save(..) TweetByUser 저장 완료 (4ms)
[3fbebb11] |   |-->FollowRepository.findByKeyFollowedUserId(..) 팔로워 조회 
[3fbebb11] |   |<--FollowRepository.findByKeyFollowedUserId(..) 팔로워 조회 완료 (4ms)
[3fbebb11] |<--TweetServiceAdvanced.createTweet(..) 완료 (총 21ms)
[3fbebb11] TweetController.createTweetOptimized(..) 완료 (총 21ms)
----------------------------------------------------------------------------------------
# 팔로워 100명
RDB
[9e0b1eff] RdbTweetController.createTweet(..)
[9e0b1eff] |-->RdbCreateTweetShardService.createTweetWithCorrectSharding(..)
[9e0b1eff] |   |-->RdbFollowRepository.findFollowerIds(..)
[9e0b1eff] |   |<--RdbFollowRepository.findFollowerIds(..) time=3ms
[9e0b1eff] |   |-->CrudRepository.save(..)
[9e0b1eff] |   |<--CrudRepository.save(..) time=5ms
[9e0b1eff] |<--RdbCreateTweetShardService.createTweetWithCorrectSharding(..) time=184ms
[9e0b1eff] RdbTweetController.createTweet(..) time=185ms

CASSANDRA
[15eaabd2] TweetController.createTweetOptimized(..) 시작
[15eaabd2] |-->TweetServiceAdvanced.createTweet(..) 시작
[15eaabd2] |   |-->CrudRepository.save(..) Tweet 저장 
[15eaabd2] |   |<--CrudRepository.save(..) Tweet 저장 완료 (1ms)
[15eaabd2] |   |-->CrudRepository.save(..) TweetByUser 저장
[15eaabd2] |   |<--CrudRepository.save(..) TweetByUser 저장 완료 (3ms)
[15eaabd2] |   |-->FollowRepository.findByKeyFollowedUserId(..) 팔로워 조회
[15eaabd2] |   |<--FollowRepository.findByKeyFollowedUserId(..) 팔로워 조회 완료 (5ms)
[15eaabd2] |<--TweetServiceAdvanced.createTweet(..) 완료 (총 34ms)
[15eaabd2] TweetController.createTweetOptimized(..) 완료 (총 35ms)
----------------------------------------------------------------------------------------

# 팔로워 1000명
RDB
[d1b93ded] RdbTweetController.createTweet(..)
[d1b93ded] |-->RdbCreateTweetShardService.createTweetWithCorrectSharding(..)
[d1b93ded] |   |-->RdbFollowRepository.findFollowerIds(..)
[d1b93ded] |   |<--RdbFollowRepository.findFollowerIds(..) time=9ms
[d1b93ded] |   |-->CrudRepository.save(..)
[d1b93ded] |   |<--CrudRepository.save(..) time=9ms
[d1b93ded] |<--RdbCreateTweetShardService.createTweetWithCorrectSharding(..) time=1533ms
[d1b93ded] RdbTweetController.createTweet(..) time=1533ms

CASSANDRA
[fe152d89] TweetController.createTweetOptimized(..) 시작
[fe152d89] |-->TweetServiceAdvanced.createTweet(..) 시작
[fe152d89] |   |-->CrudRepository.save(..) Tweet 저장
[fe152d89] |   |<--CrudRepository.save(..) Tweet 저장 완료 (2ms)
[fe152d89] |   |-->CrudRepository.save(..) TweetByUser 저장
[fe152d89] |   |<--CrudRepository.save(..) TweetByUser 저장 완료 (3ms)
[fe152d89] |   |-->FollowRepository.findByKeyFollowedUserId(..) 팔로워 조회
[fe152d89] |   |<--FollowRepository.findByKeyFollowedUserId(..) 팔로워 조회 완료 (13ms)
[fe152d89] |<--TweetServiceAdvanced.createTweet(..) 완료 (총 62ms)
[fe152d89] TweetController.createTweetOptimized(..) 완료 (총 62ms)
----------------------------------------------------------------------------------------

# 팔로워 10000명
RDB
[834c8b4a] RdbTweetController.createTweet(..)
[834c8b4a] |-->RdbCreateTweetShardService.createTweetWithCorrectSharding(..)
[834c8b4a] |   |-->RdbFollowRepository.findFollowerIds(..)
[834c8b4a] |   |<--RdbFollowRepository.findFollowerIds(..) time=27ms
[834c8b4a] |   |-->CrudRepository.save(..)
[834c8b4a] |   |<--CrudRepository.save(..) time=4ms
[834c8b4a] |<--RdbCreateTweetShardService.createTweetWithCorrectSharding(..) time=4250ms
[834c8b4a] RdbTweetController.createTweet(..) time=4250ms

CASSANDRA
[54b66ef3] TweetController.createTweetOptimized(..) 시작
[54b66ef3] |-->TweetServiceAdvanced.createTweet(..) 시작
[54b66ef3] |   |-->CrudRepository.save(..) Tweet 저장
[54b66ef3] |   |<--CrudRepository.save(..) Tweet 저장 완료 (3ms)
[54b66ef3] |   |-->CrudRepository.save(..) TweetByUser 저장
[54b66ef3] |   |<--CrudRepository.save(..) TweetByUser 저장 완료 (3ms)
[54b66ef3] |   |-->FollowRepository.findByKeyFollowedUserId(..) 팔로워 조회
[54b66ef3] |   |<--FollowRepository.findByKeyFollowedUserId(..) 팔로워 조회 완료 (162ms)
[54b66ef3] |<--TweetServiceAdvanced.createTweet(..) 완료 (총 487ms)
[54b66ef3] TweetController.createTweetOptimized(..) 완료 (총 487ms)
----------------------------------------------------------------------------------------

#팔로워 100000명
RDB
[834c8b4a] RdbTweetController.createTweet(..)
[834c8b4a] |-->RdbCreateTweetShardService.createTweetWithCorrectSharding(..)
[834c8b4a] |   |-->RdbFollowRepository.findFollowerIds(..)
[834c8b4a] |   |<--RdbFollowRepository.findFollowerIds(..) time=27ms
[834c8b4a] |   |-->CrudRepository.save(..)
[834c8b4a] |   |<--CrudRepository.save(..) time=4ms
[834c8b4a] |<--RdbCreateTweetShardService.createTweetWithCorrectSharding(..) time=13884ms
[834c8b4a] RdbTweetController.createTweet(..) time=13884ms

CASSANDRA
[bb202d5c] TweetController.createTweetOptimized(..) 시작
[bb202d5c] |-->TweetServiceAdvanced.createTweet(..) 시작
[bb202d5c] |   |-->CrudRepository.save(..) Tweet 저장
[bb202d5c] |   |<--CrudRepository.save(..) Tweet 저장 완료 (3ms)
[bb202d5c] |   |-->CrudRepository.save(..) TweetByUser 저장
[bb202d5c] |   |<--CrudRepository.save(..) TweetByUser 저장 완료 (3ms)
[bb202d5c] |   |-->FollowRepository.findByKeyFollowedUserId(..) 팔로워 조회 (953ms)
[bb202d5c] |   |<--FollowRepository.findByKeyFollowedUserId(..) 팔로워 조회 완료
[bb202d5c] |<--TweetServiceAdvanced.createTweet(..) 완료 (총 3956ms)
[bb202d5c] TweetController.createTweetOptimized(..) 완료 (총 3956ms)
팔로워 수
RDB (ms)
Cassandra (ms)
성능 차이

1명

29

24

5ms

10명

29

21

8ms

100명

185

35

150ms

1,000명

1,533

62

1,471ms

10,000명

4,250

487

3,763ms

100,000명

13,884

3,956

9,928ms

5. 성능 차이 원인 분석

5-1. DB 아키텍처 차이

Cassandra(NoSQL)

  • ✅Write-Optimized: LSM Tree 구조로 쓰기 성능 우수

  • ✅분산 처리: 3-Node로 부하 분산

  • ✅배치 처리: 네이티브 BatchStatement로 네트워크 오버헤드 최소화

  • ✅비동기 처리: CompletableFuture로 병렬 처리

RDB

  • ❌ ACID 트랜잭션: 데이터 일관성 보장으로 인한 성능 오버헤드

  • ❌ 샤딩 복잡성: 3개 샤드 간 데이터 분산 및 조회 복잡성

  • ❌ 순차 처리: 샤드별 순차적 데이터 삽입

  • ❌ 네트워크 지연: 샤드 간 통신 오버헤드

5-2. Fan-out 처리 방식 차이

Cassandra Fan-out 처리

  • 배치 크기: 100개씩 분할

  • 병렬도: 8개 스레드 동시 처리

  • 네트워크: 단일 클러스터 내 통신

  • 메모리: LSM Tree의 메모리 기반 쓰기

RDB Fan-out 처리

  • 샤드 분산: 3개 샤드에 팔로워 데이터 분산

  • 순차 처리: 샤드별 순차적 데이터 삽입

  • 네트워크: 샤드 간 통신 오버헤드

  • 트랜잭션: 각 샤드 내 ACID 보장

5-3. 확장성 차이

Cassandra 확장성

  • 수평 확장: 노드 추가로 선형적 성능 향상

  • 데이터 분산: Consistent Hashing으로 자동 분산

  • 읽기/쓰기 분리: 각 노드가 독립적으로 처리

  • 장애 복구: 자동 복제 및 복구

RDB 확장성

  • 샤딩 복잡성: 샤드 키 관리 및 데이터 재분배 복잡

  • 조인 제한: 샤드 간 조인 불가능

  • 트랜잭션 제한: 샤드 간 분산 트랜잭션 복잡

  • 운영 복잡성: 샤드별 백업 및 복구 필요

6. 결론

📊 핵심 결과

  1. Cassandra 우수성: 대용량 처리에서 RDB 대비 3.5~24.7배 성능 우수

  2. 선형적 확장: 팔로워 수 증가에 따른 예측 가능한 성능 저하

  3. Write-heavy 최적화: 소셜 미디어 워크로드에 최적화된 성능

🚀 프로젝트 성과

  • 성능 향상: 대용량 데이터 처리량 향상

  • 학습 완료: NoSQL vs RDB 실무 비교 분석

  • 안정성 확보: 100,000명 팔로워 환경 안정 동작

  • 아키텍처 구축: 복잡한 샤딩 환경 구축 완료

📈 프로젝트 학습 내용

✅ 학습 내용:

  • NoSQL vs RDB 비교 분석

  • 100,000명 팔로워 환경에서 데이터 처리 성능 24.7배 향상 달성

  • 기본 샤딩 환경 구축 및 실험

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