일반적으로 우리가 보고 있는 웹 서비스는 브라우저를 통해서 흘러나온 웹서버의 내용들이다. 대부분의 어플리케이션의 경우 웹과 소통하는 미들웨어를 가장 널리 사용되는 tomcat, apache를 채택하여 사용하고 있다. 아쉽게도 Tomcat, Apache는 Java기반으로 만들어졌기 때문에, Python기반의 프레임워크에서는 가장 널리 사용되는 웹 서버를 사용하기 위해서는 중간에서 Java기반 미들웨어가 말하는 것을 해석해 줄 또다른 미들웨어가 필요하게 된 것이다. 물론, 파이썬 기반의 미들웨어를 사용해도 괜찮지만, 이미 검증된 것을 포기할만큼 매력이 없거나 큰 리스크를 동반해야하기 때문에 Apache, Tomcat을 그대로 사용하고 이를 중간에서 번역해주는 python framework 전용 미들웨어를 하나 만들게 되었다. 그것이 바로 Server Gateway Interface이다. Python Server Gateway Interface의 경우, 널리 사용되는 것이 WSGI와 ASGI가 있는데, 상세 설명은 다음 챕터부터 진행 하겠다.
2. WSGI (Web Server Gateway Interface)
기존 python 기반 framework가 Java Middleware와 통신하기 위해서는 Medusa(Python으로 작성된 middleware), mod_python(embed Python), CGI / FastCGI(invoke Python via a gateway protocol) 같은 API를 사용해야 했었다. 그러나 위에서 명시된 API들은 특정 요소만을 고려해서 제작된 API기 때문에, 해당 API에 맞는 부분만을 개발자가 바라보게 했기 때문에, 개발자들이 선호하는 특정 영역에만 시야가 한정되었다. 그러나, 범용으로 쓰일 수 있는 WSGI의 등장으로 위의 문제점들이 사라지게 되었으며 WSGI는 PEP3333에 정식으로 채용(?)이 되었다.
3. ASGI (Asynchronous Server Gateway Interface)
그러나 WSGI도 시간이 지나면서 문제점이 발생하기 시작했다.
3.1. 기존 WSGI에는 어떤 문제점이 있었는가?
WSGI가 개발 중일 당시, WSGI는 오직 웹개발을 위한 공통 기반을 제공하는 프로토콜을 만드는 것이었다. 이 덕분에 파이썬 기반 웹개발자는 프레임워크 세부사항에 신경 쓰지 않고 여러 프레임워크에서 쉽게 작업을 할 수 있었다. 그러나, WebSocket 개념이 웹 개발자 사이에서 인기를 얻기 시작했을 때, WSGI는 single, synchoronous callable한 특성을 가지고 있었기 때문에, 다음과 같은 특성을 지니고 있어 webSocket과는 맞지 않았다.
HTTP는 Connection이 짧게 유지되는 특성을 지니고 있었기 때문에, Long-Polling HTTP와 WebSocket 같이 상대적으로 connection이 긴 특성을 지닌 Protocol과는 맞지 않았다.
HTTP Request는 application내부에서 오직 하나의 path를 가질 수 있기 때문에, 여러개의 path를 통해 이벤트를 수신하는 WebSocket의 이벤트를 처리할 수 없었다.
3.2. ASGI는 어떤 방식으로 WSGI의 문제점을 해결했는가?
ASGI의 구성요소와 책임은 다음과 같다.
소켓을 종료하고 이를 connection에 매핑하는 프로토콜 서버
포로토콜 서버 내부에서 실행되는 어플리케이션 연결을 인스턴스화(per 1 connection) 하며, 이벤트 메시지의 처리
WSGI와 비슷하게 ASGI도 기능이 비슷한 것처럼 보인다. 그러나, 다음요소에서 차이가 난다.
Connection의 lifetime과 protocol을 정의하는 Connection Scope
Application으로 보내지는 Connection 동안 일어날 사건에 대한 명세 Event
ASGI Application은 단일, 비동기 callable 속성을 지니고 있다. 수신 요청에 대한 정보를 포함하는 scope를 accept하고, 클라이언트에 이벤트를 보내고 받을 수 있는 awaitable를 보내고 받을 수 있다. 이 덕분에, ASGI Application은 WSGI의 한계점을 뛰어넘는 수신 / 발신 event를 허영할 수 있다. 그 뿐만아니라 ASGI Application은 background coroutine을 허용하기 때문에 application은 요청을 처리하면서 background에서 다른 작업도 수행할 수 있게 되었다. (ex. 외부 event를 listening 하고 있는 redis queue 등)
ASGI Application을 통해서 보내거나 받는 모든 event는 Python Dictionary Type이다. 이러한 사전 정의된 event의 format은 ASGI Application가 쉽게 다른 웹 서버에서 다른 웹서버로 쉽게 전환할 수 있게 한다.
Apache Kafka는 대량의 데이터를 처리할 수 있으며, 엔드포인트간 메시지를 전달 할 수 있는 분산 발행-구독 메시징 시스템이다. Kafka 메시지는 스토리지에 유지되고 데이터 복제를 통해 데이터 손실을 방지 할 수 있다. ZooKeeper라는 동기화 서비스 기반의 시스템이며, 실시간 데이터 스트리밍 분석 툴인 Apache Storm과 Spark와 통합되어 자주 사용된다.
2. Benefits of Apache Kafka
신뢰성 : 데이터의 분산, 분할, 복제를 통해 데이터의 신뢰성을 보장한다.
확장성 : topic의 발행만으로 down time 없이 쉽게 확장이 가능하다
내구성 : 분산된 commit log를 통해 클러스터간 동기화를 하며, failure시 이 로그를 통해 빠른 복구가 가능하다.
퍼포먼스 : TB단위의 메시지가 시스템에 저장되어도 안정된 퍼포먼스를 제공한다.
3. Apache Kafka 아키텍처
3.1. 주체 단위 아키텍처
3.1.1. Producer
하나 이상의 topic으로 메시지를 발행하여 broker로 전송한다.
각 메시지는 key, value, timestamp로 이루어져 있다.
새로운 메시지를 publish 할 때, 몇개의 파티션으로 나눌 것인지 결정한다. (이미 발행 된 메시지에 대해서 도 가능)
producer에게서 받은 메시지를 세부 설정(파티션, 오프셋 정책…)에 따라서 저장하는 역할
저장된 메시지는 정책에 따라 관리되며, consumer의 메시지 pull요청에 의해서만 메시지를 전송할 수 있다.
클러스터 내부에 대표 브로커를 선정하여 controller의 역할을 부여한다.
Controller는 클러스터 내부 모든 브로커에 대해 partition을 관리한다.
1.0버전 부터는 offset 정보를 broker에서 관리한다.
3.1.3. Zookeeper
클러스터 내부의 브로커 간 통신하기 위해서는 zookeeper를 거쳐야 한다.
VM 내부의 브로커들이 구동되기 위해서는 zookeeper가 반드시 선행으로 실행되어야 한다.
다른 VM의 Zookeeper와 논리적으로 결합되어 있다.
외부에서 들어온 요청에 대해서 해당 Leader Partition이 존재하는 브로커로 연결시켜준다.
3.2. 데이터 단위의 아키텍처
3.2.1. Topic
메시지가 분류되는 키워드.
쉽게 말하면 메시지의 주제를 의미한다.
하나의 토픽은 여러개의 파티션으로 구성되어 있다.
3.2.2. Partition
토픽 발행 시, partitioning factor * replication factor의 수만큼 partition이 생성된다.
Partition에는 2가지 유형이 있다.
Leader Partition : 한 토픽의 구성에 대해 외부와 인터페이스를 담당하는 Partition이다. 데이터 조회시, 이 반드시 leader Partition을 통해 데이터를 얻을 수 있으며, Partition Factor의 수만큼 Leader Partition이 생성된다.
Follower Partition : Leader Partition의 failure에 대비한 예비 leader Partition이다. Leader가 failure시, 이들 중 하나가 자동으로 Leader로 승급된다.
Follower는 Leader의 변경사항을 pull받는 방식으로 synchronize한다. 이러한 방식을 카프카에서는 ISR(In Sync Replica)라고 명명한다.
Follower는 Leader에 대해 pull 방식으로 동기화를 하며, 리더는 이 동기화 요청을 일정시간 받지 못하게 되면 ISR에서 해당 partition을 제외시키게 된다.
Partitioning 한만큼, 데이터 병렬처리가 이루어지기 때문에 처리속도가 빨라진다.
3개의 공을 한명의 포수가 받는 시간과 3명이 나누어서 받을 때 걸리는 시간을 비교해보자.
3.3.3. Offset
Kafka의 최소 데이터 단위
1 Message publish = 1 Offset
Producer의 Partitioning Algorithm에 따라 데이터가 위치할 Partition이 결정된다.
오프셋별로 commit log가 남아 이를 이용하여 Fail Over를 수행한다.
별도의 카프카 데이터 보존 정책에 의해 데이터를 유지한다.
4. Failover 과정
FailOver가 어떻게 이루어지는지에 대해 아키텍처 기반으로 설명하겠다.
다음 그림은 2개의 토픽에 대해 “replication factor = 3, partition factor = 2”의 설정으로 메시지가 발행되어 정상적으로 Broker서버에 저장되어 있는 상태이다.
위 아키텍처에서 Broker 0 과 Broker 3에서 장애가 나면 아키텍처는 다음 그림과 같아진다. 이 때, Topic1의 P0 Partition과 Topic2의 P1 Partition의 Leader Partition이 Broker가 장애가 나면서 더이상 Partition에 대해 접근을 할 수 없게 되었다.
하지만, Kafka에는 다음과 같은 규칙이 있다.
“모든 Partition은 Leader Partition이 될 수 있다.“
위 규칙에 의해 Kafka 내부 알고리즘에 의해 기존에 존재하던 Follower Partition이 새로운 Leader로 뽑히게 되어 다음 그림과 같이 장애에 대해 자동으로 Failover가 수행된다.
5. 가장 이상적인 Kafka 아키텍처
지금까지의 내용을 기억한다면, 데이터에 대한 접근은 오직 “Leader Partition“에 대해서만 접근이 이루어진다는 것을 알 수 있다. 그러므로, Leader Partition이 클러스터 내부의 broker에 골고루 분포가 된다면 한 broker로 트래픽이 몰려 timeout이나 다른 에러가 나는 상황을 방지 할 수 있다.
다시 말해, Leader Partition을 최대한 많은 브로커에 분산시켜 트래픽에 대한 병목 현상을 방지하며, failover에 대해서도 이를 유지할 수 있는 아키텍처가 이상적인 아키텍처이다.
또한 설계하기 나름이지만, offset 설계를 잘하여 데이터의 정합성까지 지켜준다면 가상 이상적인 아키텍처가 될 것이다.
지난주, 플랫폼 각 내부의 엔드포인트를 호출하여 각 서비스 및 데이터베이스가 살아있는지에 대해 모니터링 하는 Spring Boot Application에서 다음과 같은 에러 메시지를 보았다.
[WARN ] 2020-07-30 16:43:39 299545737 [PoolBase.java][isConnectionAlive](184) : HikariPool-1 - Failed to validate connection org.mariadb.jdbc.MariaDbConnection@23d06b10
(Connection.setNetworkTimeout cannot be called on a closed connection). Possibly consider using a shorter maxLifetime value.
[WARN ] 2020-07-30 16:43:39 299545737 [PoolBase.java][isConnectionAlive](184) : HikariPool-1 - Failed to validate connection org.mariadb.jdbc.MariaDbConnection@17387ed0
(Connection.setNetworkTimeout cannot be called on a closed connection). Possibly consider using a shorter maxLifetime value.
[WARN ] 2020-07-30 16:43:39 299545737 [PoolBase.java][isConnectionAlive](184) : HikariPool-1 - Failed to validate connection org.mariadb.jdbc.MariaDbConnection@709f57f6
(Connection.setNetworkTimeout cannot be called on a closed connection). Possibly consider using a shorter maxLifetime value.
[WARN ] 2020-07-30 16:43:39 299545737 [PoolBase.java][isConnectionAlive](184) : HikariPool-1 - Failed to validate connection org.mariadb.jdbc.MariaDbConnection@5b2ab008
(Connection.setNetworkTimeout cannot be called on a closed connection). Possibly consider using a shorter maxLifetime value.
위 에러 메시지를 의역하면 다음과 같다.
Failed to validate connection MariaDbConnection MariaDB Connection의 유효성을 검증하는데 실패하였습니다.
(Connection setNetworkTimeout cannot be called on a closed connection) (Connection setNetworkTimeout은 닫힌 connection에서 호출할 수 없습니다.)
Possibly consider usdig shorter maxLifetime value. 현재보다 더 짧은 maxLifetime 값을 사용하는 것을 고려해보시기 바랍니다.
사실, 위 메시지대로 maxLifetime값만 바꿔주면 뜨지 않을 warning message였지만, 내가 코드를 작성하였기 때문에, 끝까지 책임지고 고도화를 하고 싶었다.
위 warning이 왜 일어났는지에 대해 알기 앞서 Connection Pool이 무엇인지부터 알아보려고 한다.
1. Connection Pool이 무엇인가
Connection Pool은 Application(WAS, Container 등)이 실행되면서, DB와 Connection에 대해 정의된 객체를 여러개 저장하고 있다. Application이 DB와 Connection이 필요할 때, Connection Pool은 Connection 객체를 제공하며 DB Connection을 이용한 작업이 끝나게 되면 Connection 객체를 다시 회수받아 다른 작업시 Connection 객체를 사용할 수 있도록 수명 관리를 하게된다.
2. Connection Pool이 왜 필요한가?
다음 코드는 DB와 connection부터 시작해서 query실행, connection 종료까지의 샘플 코드이다.
1. DB Connection을 맺기 위해 JDBC Driver를 Load한다. 2. DB Connection Parameter를 이용하여 DB Connection 객체를 생성한다. 3. Connection 객체로부터 쿼리를 수행하기 위한 statement를 생성한다. 4. 쿼리를 수행하여 결과로 ResultSet 객체를 받아 필요한 데이터를 파싱하여 처리한다. 5. 처리가 끝나면 사용된 리소스를 반환한다.
위 절차 중 시간적인cost가 가장 높은 부분은 connection 객체를 생성하는 부분이다. Connection을 생성할 시, DB와 파라미터 교환 뿐만 아니라 각 시스템에서 체크해야할 요소들이 많기 때문이다. 또한, 웹 어플리케이션은 클라이언트의 요청에 따라 스레드를 생성한다. 스레드를 생성할 때 마다 Connection 객체를 생성한다는 것은 물리적으로 계속하여 DB에 접근을 해야하는 것과 같으며 이는 곧 요청 수에 따라 Connection을 생성하게 되므로 서버에 과부하가 걸리기 쉽다.
이러한 상황을 방지하기 위해 미리 여유분의 Connection 객체를 만들어 Pool에 저장해놓았다가 클라이언트 요청이 생기면 Connection객체를 지원하주고, 작업 종료시 Connection 객체를 다시 반환하여 보관하는 방식으로 과도한 수의 Connection 객체가 생기는 것을 방지한다. 한번 맺은 DB Connection 객체를 작업이 끝나자마자 close하지 않고, Pool에 저장한 뒤, 다음 번에 동일한 Connection을 요청하면 바로 Pool에서 꺼내 제공을 함으로써 보다 개선된 Connection Time Cost를 보장해준다.
3. HikariCP의 주요 파라미터
서론의 에러메시지에서 문제가 된 파라미터의 기본값을 가장 먼저 찾아보기로 하였다. 이왕 이렇게 된 김에 HikariPool의 주요 파라미터들을 공부해보기로 했다.
HikariPool의 주요 파라미터는 다음과 같다.
autoCommit
풀에서 반환된 connection의 자동 커밋을 설정한다.
connectionTimeout
클라이언트가 connection으로부터 최대 대기할 수 있는 시간, 시간초과시 SQLException이 발생한다. 밀리세컨드 단위이며 최소 250ms, 디폴트 30000이다.
idleTimeout
Pool 안의 유휴 connection의 최대 유효기간을 설정한다. 이 설정은 minimumIdle이 maximumPoolSize보다 작을때만 적용되며, minimumIdle 값보다 pool안의 connection object의 개수가 작거나 같으면 유휴 연결이 폐기되지 않는다.
connection이 유휴상태로 전환되기까지 일반적으로 평균 15초에서 최대 30초까지의 시간이 추가로 걸린다. 이 시간이 초과되기 전까지는 connection이 유휴상태로 전환되지 않는다.
최소 10000ms 값은 적용되어야 하며, 기본적으로 600000ms(10분)이 적용되어있다.
maxLifetime
Pool의 Connection의 최대수명을 제어한다. 현재 사용중인 connection은 폐기되지 않으며, connection이 closed상태일 때만 제거된다. Pool안에 존재하는 connection의 순간적인 대량 삭제를 방지하기 위해 약간의 음감쇠가 적용된다.
의 공식문서를 보게되면, 이 파라미터를 데이터베이스 또는 인프라가 권고하는 connection time limit보다 짧게 잡을 것을 권장하고 있다.
idleTimeout에 따라 다르지만, 파라미터에 0을 setting하면 최대 생명주기는 infinite로 적용된다.
최소 30000ms(30초) 값은 적용되어야 하며, 기본값으로 1800000(30분)이 적용되어 있다
minimumIdle
Connection Pool에서 유지하는 최소 유휴 Connection의 개수를 설정한다. 유휴 Connection이 minimumIdle 값보다 작을 시, HikariPool은 추가 connection을 만들어 채워넣는다.
HikariCP의 공식문서에서는 급격한 수요에 대해서 최상의 퍼포먼스와 반응성을 위해서 이 값을 수정하지 않고 사용하는 것을 권장하고 있다.
기본 값은 maximumPoolSize와 같은 값으로 설정되어있다.
maximumPoolSize
Pool에서 유지할 유휴 connection, 사용중인 connection을 합친 최대의 connection 개수를 설정한다. 기본적으로 이 값은 실제 DB 벡엔드와의 연결 최대수를 결정한다.
Pool이 최대 사이즈에 도달했고, 유휴 Connection이 없을때 getConnection을 호출하면 connectionTimeout설정 값 전까지 getConnection이 지연되며, connectionTimeout을 초과시, SQLException이 발생한다.
최적의 maximumPoolSize를 설정하는 것은 HikariPool을 적용한 환경에 대해 맞추는 것이 가장 좋으며, 이에 대해서는 다음 링크를 참고한다.
4. 문제 분석
위 주요 파라미터 중 우리가 주목해야 할 것은 HikarikPool의 maxLifetime과 DB 설정값 중의 wait_timeout이다.
HikariPool이 적용된 환경은 따로 별도의 설정이 없었으며, connection을 맺고있는 DB의 설정은 다음과 같이 wait_timeout이 1200(20분)으로 설정되어 있었다.
서론에서의 로그는 HikariPool의 로그를 찍지 않고 있었기 때문에, HikariPool의 로그가 찍힌 화면을 다시 캡처해보았다.
위 로그를 보고 추측한 warning 원인은 다음과 같다.
위 로그에서는 보이지 않지만, 같은 MariaDbConnection 객체를 이용하여 commit을 하고 있었으며, 아래와 같이 Wrapping하고 있는 Proxy객체는 같지만, 본질적인 MariaDBConnection의 객체는 같은 것을 쓰고있었다.
Spring Boot의 HikariCP 설정 프로퍼티 중, maxLifetime으로 인해, 사용하던 모든 Connection은 30분 주기로 위 사진과 같이 connection을 closing 후, 다시 새로운 connection을 생성하고 있었다.
사용하고 있던 connection도 closing 하면서 새로운 connection이 필요하여 HikariCP에 새로운 connection 객체를 요청한 것으로 보인다.
비교적 가장 오래전에 만들어진 객체를 HikariPool에서 발급 받은 후, HikariPool의 정책에 따라 이 connection이 유효한지를 검사한다.
이미 DB에서는 20분이 지나 닫힌 connection에 대해 validate하게 되므로 위와 같이 닫힌 connection에 대해서 아무것도 할수 없다고 로그가 찍혔다.
위 추측이 맞는지에 대해 직접 HikariCP의 코드를 뜯어보기로 하였다.
HikariPool.class
/**
* Get a connection from the pool, or timeout after the specified number of milliseconds.
*
* @param hardTimeout the maximum time to wait for a connection from the pool
* @return a java.sql.Connection instance
* @throws SQLException thrown if a timeout occurs trying to obtain a connection
*/
public Connection getConnection(final long hardTimeout) throws SQLException
{
suspendResumeLock.acquire();
final long startTime = currentTime();
try {
long timeout = hardTimeout;
do {
PoolEntry poolEntry = connectionBag.borrow(timeout, MILLISECONDS);
if (poolEntry == null) {
break; // We timed out... break and throw exception
}
final long now = currentTime();
if (poolEntry.isMarkedEvicted() || (elapsedMillis(poolEntry.lastAccessed, now) > aliveBypassWindowMs && !isConnectionAlive(poolEntry.connection))) {
closeConnection(poolEntry, poolEntry.isMarkedEvicted() ? EVICTED_CONNECTION_MESSAGE : DEAD_CONNECTION_MESSAGE);
timeout = hardTimeout - elapsedMillis(startTime);
}
else {
metricsTracker.recordBorrowStats(poolEntry, startTime);
return poolEntry.createProxyConnection(leakTaskFactory.schedule(poolEntry), now);
}
} while (timeout > 0L);
metricsTracker.recordBorrowTimeoutStats(startTime);
throw createTimeoutException(startTime);
}
catch (InterruptedException e) {
Thread.currentThread().interrupt();
throw new SQLException(poolName + " - Interrupted during connection acquisition", e);
}
finally {
suspendResumeLock.release();
}
}
위 HikariPool.class의 코드를 보면, 중간에 closeConnection을 할지에 대해 판단하는 로직이 포함되어 있었다. 해당 로직에서 검사하는 것을 정리하면 다음과 같다.
해당 connection이 HikariCP에서 evict(직역하면 축출하다라고 함)되기로 한 객체인가?
Connection이 살아있는지 Bypass할 수 있는 시간보다 최근 접근 시간이 더 크고, connection이 아직 살아있는가?
로그 상에서 connection이 evict하다고 하지 않았으므로, 두번째 검사 조건에서 true를 반환하였기 때문에 closeConnection을 하도록 하였을 것이다.
두번째 조건을 warning이 발생한 조건에 맞추에 분석해보면 다음과 같다.
하나의 connection 객체만 사용하고 있었으므로, 500ms보다는 훨씬 더 크기 때문에 true를 출력하였을 것이다.
DB에서 wait_timeout 값이 20분이므로, getConnection하였을 때, false를 출력하였을 것이다.
다음, isConnectionAlive의 코드를 살펴보면 문제가 된 상황을 한눈에 볼 수 있을 것이다.
위 코드를 보면, try문 첫번째에서 setNetworkTimeout을 실행하고 있다. 그러나 connection은 DB측에서 이미 close한 상태이기 때문에, close된 connection에서 작업을 할 수 없기 때문에 catch문의 로직이 실행 되었을것이다.
catch문을 보면 우리가 보았던 해당 로그가 보일 것이다.
위 분석을 통해 내가 예측한 추측한 결과와 실제 코드의 로직이 일치하는 것을 볼 수 있었다.
5. 후기 및 조치
HikariCP의 공식문서에서 maxLifeTime을 데이터베이스 또는 인프라가 권고하는 connection time limit보다 짧게 잡을 것을 권장하여 maxLifeTime을 기존 30분에서 15분으로 변경하고 jenkins를 통해 deploy한 결과, 그 이후로는 warning이 발생하지 않았다.
그러나 30분 내내 HikariCP에서 처음 받은 단 하나의 connection을 사용하는 현상은 아직 내가 이해를 하지 못하여 이에 대해서는 조금 더 보충하여 새로 글을 작성할 계획이다. 이번 기회를 통해 Connection관리가 App안에서 어떻게 이루어 지는지에 대한 개론을 파악할 수 있었다.
개인적인 회고시, 나는 내가 짠 프레임워크를 보고 참 더럽다고 생각이 들었으며 더많은 코드가 내가 작성한 프레임워크에 올라가기 전에 더러운 코드를 청소하고 싶었다.
우선 위 코드의 문제점을 정리하면 다음과 같았다.
새로운 배치 프로세스가 프레임워크에 올라갈 때 마다 case문을 추가하여 분기시켜주는 귀찮음이 있다.
case문을 추가하기 위해서는 같은 파일에 여러명이 작업을 하게 되고, 그에 대한 결과로 git repository merge가 어려워진다.
static 변수가 프레임워크 내부에 많이 있었기 때문에 이를 조금이라도 줄이고 싶었다.
여러개의 배치 프로세스가 모여 하나의 job형태로 이루어질 수 있었기 때문에 통합하여 관리하고 싶었다.
또한 작성된 모든 프로세스는 BatchJob이라는 공통점을 가지고 있었기 때문에, BatchJob이라는 키워드 하나로 통합할 수 있다고 생각을 하게 되었다.
위 문제점들을 해결하기 위해, Spring Design Pattern을 공부하다가 구글링을 통해 SpringFramework Guru에서 디자인 패턴에 관한 글을 보게 되었으며
디자인 패턴 중 프레임워크에 가장 적합한 Factory Method Design Pattern을 적용시켜보기로 하였다.
2. Factory Pattern이란 무엇인가
자바 어플리케이션을 보면 new 연산자를 이용하여 객체를 자주 생성한다. 작은 규모의 어플리케이션에서는 문제가 되는 것이 없지만, 큰규모의 코드를 작성하게 되면 Object의 개수가 자연스럽게 증가하며 Object들에 대한 관리 복잡도 역시 증가한다.
이러한 상황을 핸들링하기 위해서 팩토리 패턴을 적용할 수 있다. 이름에서 알 수 있듯이 펙토리 메소드 패턴은 펙토리 역할을 하는 객체를 생성하는 클래스를 사용한다.
팩토리 패턴은 직접 생성자를 이용하여 객체를 생성하는 대신 메소드를 통해 객체를 생성하는 것을 원칙으로 한다.
펙토리 메소드 패턴에서 당신은 클래스를 생성하기 위해 Java interface 또는 abstract class 같은 인터페이스를 제공하여 인터페이스의
인터페이스의 펙토리 메소드는 하나 이상의 서브클래스에 대한 오브젝트의 생성을 연기시킨다. 서브클래스는 어떤 객체가 만들어질지에 대해 선택하기 위해 팩토리를 implement하여야 한다.
2.1. Factory Parrern 예제
글로만 이해하면 이해가 잘 가지 않으니, 코드로 표현하면서 이해를 해보자. 먼저 작성될 클래스 및 인터페이스 구조는 다음과 같다.
가장 처음 해야 할 일은 C++, Python, Java의 공통점을 찾는 것이다. 수많은 공통점 중 사용할 공통점은 다음과 같다.
모두 프로그래밍 언어이다
컴파일을 한다.
HTML은 프로그래밍 언어가 아닙니다.
위 요구사항을 담은 interface를 작성하면 다음과 같다.
Language.java
package com.jeonghyeong.sample;
public interface Language {
public void compile();
public String getLanguageType();
}
위 인터페이스를 생성한 다음, implement 받은 CPP, Java, Python 클래스를 구분해 줄 String 식별자를 담고 있는 class를 작성한다.
package com.jeonghyeong.sample;
public class LanguageType {
public static final String CPP = "cpp";
public static final String JAVA = "java";
public static final String PYTHON = "python";
}
위 식별자를 이용하여 getLanguageType() 메소드에는 본인임을 나타내는 String을 반환하도록 하자.
C++, Java, Python에 대한 정의는 다음과 같다.
CPP.java
package com.jeonghyeong.sample;
public class CPP implements Language{
@Override
public void compile() {
System.out.println("CPP Compile");
}
@Override
public String getLanguageType() {
return LanguageType.CPP;
}
}
Java.java
package com.jeonghyeong.sample;
public class Java implements Language{
@Override
public void compile() {
System.out.println("Java Compile");
}
@Override
public String getLanguageType() {
return LanguageType.JAVA;
}
}
Python.java
package com.jeonghyeong.sample;
public class Python implements Language{
@Override
public void compile() {
System.out.println("Python Compile");
}
@Override
public String getLanguageType() {
return LanguageType.PYTHON;
}
}
간단하게 Language에 대한 여러개의 파생 클래스를 생성할 수 있었다. 위와 같은 패턴으로 일단 interface를 통해 각기 다른 언어들의 Object를 Language의 개념으로 묶을 수 있었다.
그런데, 이렇게 설계 해놓고, 객체를 생성할 때, new Python()이런 식으로 객체를 생성하면 논리적으로만 Language으로 묶은것과 다름이 없다. 파라미터에 따라 상황에 맞는 객체를 받아올 수 있도록 Factory클래스를 작성해보자.
LanguageFactory
package com.jeonghyeong.sample;
import java.util.List;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
@Component
public class LanguageFactory {
public Language getLanguage(String languageType) {
if(languageType.equal(LanguageType.JAVA)){
return new Java();
}else if(languageType.equal(LanguageType.Python)){
return new Python();
}else if(languageType.equal(LanguageType.CPP)){
return new CPP();
}else
return null;
}
}
위와 같이 LanguageFactory를 이용해 getLanguage 메소드를 이용해 상황에 맞는 Language를 상속받은 객체를 가져올 수 있게 되었다.
그러나 위 코드 역시 if - else if - else문을 사용하기 때문에, Language interface를 상속받은 class가 생겨날 때 마다 수작업으로 else if를 이용해 코드를 작성해주어야 한다.
위 코드를 개선하는 방법으로 나는 Spring의 Bean을 생각하게 되었다.
위 Language interface를 상속받은 클래스를 모두 @Component annotation을 이용하여 Bean을 만들게 되면, @Autowired를 이용하여 Language를 상속받은 모든 Bean을 가져올 수 있게 된다.
개선된 Factory코드는 다음과 같다.
package com.jeonghyeong.sample;
import java.util.List;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
public class LanguageFactory {
@Autowired
private List<Language> languageList;
public Language getLanguage(String languageType) {
for(Language language : languageList) {
if(languageType.equals(language.getLanguageType()))
return language;
}
return null;
}
}
이제 Factory를 이용하여 메소드를 이용하여 상황에 맞는 객체를 얻어보자. 간단하게 ApplicationListener를 상속받은 클래스를 하나 생성하여 테스트해보았다.
package com.jeonghyeong.sample;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.boot.context.event.ApplicationReadyEvent;
import org.springframework.context.ApplicationListener;
import org.springframework.stereotype.Service;
@Service
public class TestFactory implements ApplicationListener<ApplicationReadyEvent>{
@Autowired
private LanguageFactory factory;
@Override
public void onApplicationEvent(ApplicationReadyEvent event) {
Language cpp = factory.getLanguage(LanguageType.CPP);
Language java = factory.getLanguage(LanguageType.JAVA);
Language python = factory.getLanguage(LanguageType.PYTHON);
cpp.compile();
System.out.println(cpp.getClass());
java.compile();
System.out.println(java.getClass());
python.compile();
System.out.println(python.getClass());
}
}
위 코드의 결과는 다음과 같으며, 정상적으로 잘 받아오는 것을 확인하였다.
3. Factory Pattern 사용으로 얻을 수 있는 기대 효과
비슷한 성격의 객체를 인터페이스를 통해 하나로 관리할 수 있다.
어떤 유형의 객체인지 판별하는 if-else문이 줄어들기 때문에 코드의 가독성이 증가한다.
협업시, 공통코드를 건드리는 일이 없이 업무를 진행할 수 있기 때문에 효율성이 증가한다.
추후 비슷한 유형의 객체가 새로 생성되어도 implement를 통해 쉽게 추가할 수 있다.
4. 실무에서 적용한 코드 일부
서론에 switch문으로 분기하던 더러운 코드를 다음과 같이 개선하여 가독성을 높였으며, 더이상 이 부분에 대해서 작업이 없어지게 되어 코드 관리가 용이해졌다.
또한, 무수히 많은 autowired가 사라졌으며 batchJob에 대한 로직을 각 job 패키지별로 따로 관리하게 되었다.
패키지별로 흩어져 있던 배치 job을 interface와 factory 패턴을 적용하여 관리가 용이하게 하였다.
BatchJob
public interface BatchJob {
public void run();
public String getBatchType();
}
BatchJobFactory
@Component
public class BatchJobFactory {
@Autowired
private List<BatchJob> batchJobList;
public BatchJob getService(String batchType) {
for(BatchJob job : batchJobList) {
if(batchType.equals(job.getBatchType()))
return job;
}
return null;
}
}
기존 BatchArgumentListener에서 볼 수 있었던 배치 job의 flow를 각 역할에 맞는 패키지의 implement된 BatchJob을 implement받은 객체에 작성함으로써 코드의 가독성과 관리의 용이성이 증가하였다.
또한 BatchArgumentListener에서 작업을 하지 않아도 되므로 여러사람이 협업시 git repo가 confilct날 일이 줄어들었다.
@BatchProcess
public class MemberActionLogJob implements BatchJob{
@Autowired
private MemberActionCollectService memberActionCollectService;
@Autowired
private MemberLastActionService memberLastActionService;
@Override
public void run() {
/*
* service 패키지에서 작성한 하나 이상의 프로세스가 올 수 있다.
*/
memberActionCollectService.startBatch();
memberLastActionService.startBatch();
}
@Override
public String getBatchType() {
/*
* command line으로 받는 배치 type을 반환시켜준다.
* BatchArgumentConstant에서 이를 추가 해주어야 한다.
*/
return BatchArgumentConstant.BATCH_MEMBER_ACTION;
}
}
5. 후기
처음 작성한 프레임워크인 만큼 열심히 하였으나, 여기저기서 git conflict가 발생하였고 코드가 너무 가독성이 떨어지며 쓰기 어렵다고 주변에서 컴플레인이 들어왔다.
이미 프레임워크에 여러 사람이 코드를 작성하고 있었고, 향후 더 많은 코드가 작성될 예정이라고 하였다.
먼저 코드를 작성한 분들께는 죄송하지만, 다음 작업을 더 편하게 하기 위해 프레임워크 개선을 진행하였고 관리 및 개인 업무가 더욱 용이하도록 factory 패턴을 적용하여 많은 개선을 할 수 있었으며 코드를 추가하기 쉬워졌다고 피드백을 받았다.
다음 프레임워크 또는 코드를 작성하기 전에 이러한 디자인 패턴을 적용 할 수 있는지도 고려를 해야겠다.
다음 명령어를 통해 Apache Kafka 최신 버전을 다운받고 java1.8을 설치한다.
sudo yum install -y java-1.8.0-openjdk-devel.x86_64
wget http://apache.mirror.cdnetworks.com/kafka/2.5.0/kafka-2.5.0-src.tgz
tar -xzf kafka-2.5.0-src.tgz
압축을 해제하면 다음과 같은 구조의 디렉토리를 볼 수 있을 것이다.
3. Zookeeper Cluster Configuration
Zookeeper Cluster를 구성하기 위해 3개의 VM을 생성하였으며, 상세 config 및 서버 스펙은 다음과 같다.
IP AddressZookeeper IdKafka Broker IdInstance Type
IP Address
Zookeeper Id
Kafka Broker Id
Instance Type
10.0.6.218
1
1
t2.medium
10.0.7.5
2
2
t2.medium
10.0.6.195
3
3
t2.medium
ZooKeeper 데이터 디렉토리에는 특정 서빙 앙상블에 의해 저장된 znodes의 영구 사본 인 파일이 있습니다.
각 zookeeper의 설정을 {kafkaDir}/config/zookeeper.properties에 다음과 같이 3개의 vm에 입력한다.
# 여러 zookeeper에 의해 저장된 znode의 사본과 zookeeper id를 저장하는 dir
dataDir=/home/ec2-user/zookeeper
# zookeeper가 coordinate하고 있는 kafka에 접속하기 위한 클라이언트 port
clientPort=2181
# 클라이언트 connection 접속 제한 개수
maxClientCnxns=10
# Follower가 leader에 접속하고 싱크를 맞추기 위해 허용된 시간. 값이 증가할수록 zookeeper가 책임지는 데이터의 양이 증가한다.
initLimit=5
to allow followers to sync with ZooKeeper. If followers fall too far behind a leader, they will be dropped.
# Follower가 Zookeeper에 싱크를 맞추기 위해 허용된 시간. Follower가 leader에 대해 싱크를 맞추지 못하면 drop 된다고 햔다.
syncLimit=2
# Zookeeper VM의 정보
# 형식 : server.{id}={VM HostName or IP address}:{Cluster Sync Port}:{Leader Election Port}
# 입력시, localhost는 기입하지 않으며, 무조건 hostname, ip address를 이용하여 기입한더ㅏ.
server.1=10.0.6.218:2888:3888
server.2=10.0.7.5:2888:3888
server.3=10.0.6.195:2888:3888
또한, 각 Zookeeper id를 다음과 위에서 설정한 dataDir 경로에 myid라는 파일을 만들어 다음과 같이 입력한다.
echo 1 > {Your zookeeper dataDir in zookeeper.properties}/myid
입력한 후, 다음과 같이 각 VM의 zookeeper를 다음 명령어로 실행시킨다.
정상적으로 동작이 되는 경우는 첨부된 다음과 같은 사진과 같은 화면을 볼 수 있다.
# 테스트를 위해 데몬으로 실행시키지 않음.
# kafka cluster 실행을 위해서는 -daemon 옵션으로 백그라운드 실행시킨다.
bin/zookeeper-server-start.sh config/zookeeper.properties
NAT 생성 및 public subnet(test-2SVPN-VPC-B-Public-2a-1)에 attach
3.2. Instance 구성
3.2.1. VPC-A Instance
Instance Name : test-2SVPN-VPC-A-Public-2a-1
Instance Type : Amazon Linux2, t2.micro
Subnet : test-2SVPN-VPC-A-Public-2a-subnet
Security Group Name : test-2SVPN-VPC-A-Public-sg
Open Port : SSH, tcp 50, tcp 51, udp 500, udp 4500, tcp 4500, icmp를 test-2SVPN-VPC-B-Public-sg의 보안그룹에 대해 모두 열어준다. (SSH의 경우, 내 현재 ip도 추가한다.)
3.2.2. VPC-B Instance
Public Instance
Instance Name : test-2SVPN-VPC-B-Public-2a-1
Instance Type : Amazon Linux, t2.micro
Subnet : test-2SVPN-VPC-B-Public-2a-subnet
Security Group Name : test-2SVPN-VPC-B-Public-sg
Open Port : SSH, tcp 50, tcp 51, udp 500, udp 4500, tcp 4500, ICMP를 “test-2SVPN-VPC-A-Public-2a-1”인스턴스의 private ip와 “test-2SVPN-VPC-B-Private-2a-1“인스턴스의 private ip에 대해 열어둔다. (SSH의 경우, 내 현재 ip도 추가한다.)
Private Instance
Instance Name : test-2SVPN-VPC-B-Private-2a-1
Instance Type : Amazon Linux2, t2.micro
Subnet : test-2SVPN-VPC-B-Private-2a-1
Security Group Name : test-2SVPN-VPC-B-Private-sg
Open Port : SSH, tcp 50, tcp 51, udp 500, udp 4500, tcp 4500, ICMP를 “test-2SVPN-VPC-A-Public-2a-1“인스턴스의 private ip에 대해 열어둔다, “test-2SVPN-VPC-B-Public-sg”에 대해 SSH를 열어둔다.
3.3. VPN 설정
3.3.1. Customer Gateway 생성
다음과 같이 Public Instance IP와 NAT Gateway IP에 대해 Customer Gateway를 생성한다.
이름 : test-2SVPN-VPC-B-CGW-Public, test-2SVPN-VPC-B-CGW-NAT
라우팅 : 정적
IP 주소 : 각각 할당받은 public ip 또는 eip
Certificate ARN : Default
3.3.2. Virtual Private Gateway생성 및 라우팅 전파
다음과 같이 Virtual Private Gateway를 생성한다.
이름 : test-2SVPN-VPC-A-vgw
ASN : Amazon 기본 ASN
다음과 같이 생성한 Virtual Private Gateway를 VPC-A에 Attach한다.
Attach 적용 후, Routing Table에 서브넷에 속한 인스턴스에 대해 Routing Propagation을 적용한다.
3.3.3. Site to Site VPN Connection 생성 및 VPN 설정 다운로드
VPN Connection이 완전히 생성될때까지 5분정도 소요됩니다.
사용가능한 상태가 되기 전까지 3.4를 수행하는 것을 권장합니다.
다음과 같이 2개의 Customer Gateway에 대해 VPN Connection을 생성한다.
이름 : test-2SVPN-public-to-public, test-2SVPN-public-to-private
Target Gateway Type : Virtual Private Gateway
가상 프라이빗 게이트웨이 : 생성한 게이트웨이 선택
고객 게이트웨이 : 기존
Customer Gateway ID : test-2SVPN-CG, test-2SVPN-NAT
라우팅 옵션 : 정적
정적 IP 접두사 : Customer측 VPC CIDR(이 Hands on LAB을 따라 하였으면 20.0.0.0/16 입력)
작성 후 , sudo service network restart를 이용하여 sysctl.conf를 적용시킨다.
3.4.3. OpenSwan 설치 및 환경 변수 세팅
환경 변수는 [3.4.1. 구성 다운로드 섹션]의 다운로드 받은 구성 정보가 필요합니다.
진행하기 전 필히 구성 정보를 다운로드 받아주세요.
다음과 같이 Openswan을 설치한다.
OpenSwan을 설치하고 난 후, 다음과 같이 /etc/ipsec.conf 파일과 /etc/ipsec.d 디렉토리가 생성되어 있을 것이다.
다운로드 받은 VPN 구성파일을 열어보면 2개의 터널에 대해 정보가 명시가 되어있다.
IPSec Tunnel #1
================================================================================
#1: Internet Key Exchange Configuration
Configure the IKE SA as follows:
Please note, these sample configurations are for the minimum requirement of AES128, SHA1, and DH Group 2.
Category "VPN" connections in the GovCloud region have a minimum requirement of AES128, SHA2, and DH Group 14.
You will need to modify these sample configuration files to take advantage of AES256, SHA256, or other DH groups like 2, 14-18, 22, 23, and 24.
Higher parameters are only available for VPNs of category "VPN," and not for "VPN-Classic".
The address of the external interface for your customer gateway must be a static address.
Your customer gateway may reside behind a device performing network address translation (NAT).
To ensure that NAT traversal (NAT-T) can function, you must adjust your firewall !rules to unblock UDP port 4500. If not behind NAT, we recommend disabling NAT-T.
- IKE version : IKEv1
- Authentication Method : Pre-Shared Key
- Pre-Shared Key : <YOUR PSK>
- Authentication Algorithm : sha1
- Encryption Algorithm : aes-128-cbc
- Lifetime : 28800 seconds
- Phase 1 Negotiation Mode : main
- Diffie-Hellman : Group 2
-- 중략 --
The Customer Gateway inside IP address should be configured on your tunnel
interface.
Outside IP Addresses:
- Customer Gateway : 52.79.125.78
- Virtual Private Gateway : 13.125.105.72
Inside IP Addresses
- Customer Gateway : 169.254.49.50/30
- Virtual Private Gateway : 169.254.49.49/30
-- 중략 --
IPSec Tunnel #2
================================================================================
#1: Internet Key Exchange Configuration
Configure the IKE SA as follows:
Please note, these sample configurations are for the minimum requirement of AES128, SHA1, and DH Group 2.
Category "VPN" connections in the GovCloud region have a minimum requirement of AES128, SHA2, and DH Group 14.
You will need to modify these sample configuration files to take advantage of AES256, SHA256, or other DH groups like 2, 14-18, 22, 23, and 24.
Higher parameters are only available for VPNs of category "VPN," and not for "VPN-Classic".
The address of the external interface for your customer gateway must be a static address.
Your customer gateway may reside behind a device performing network address translation (NAT).
To ensure that NAT traversal (NAT-T) can function, you must adjust your firewall !rules to unblock UDP port 4500. If not behind NAT, we recommend disabling NAT-T.
- IKE version : IKEv1
- Authentication Method : Pre-Shared Key
- Pre-Shared Key : <YOUR PSK>
- Authentication Algorithm : sha1
- Encryption Algorithm : aes-128-cbc
- Lifetime : 28800 seconds
- Phase 1 Negotiation Mode : main
- Diffie-Hellman : Group 2
-- 중략 --
The Customer Gateway inside IP address should be configured on your tunnel
interface.
Outside IP Addresses:
- Customer Gateway : 52.79.125.78
- Virtual Private Gateway : 52.78.178.100
Inside IP Addresses
- Customer Gateway : 169.254.101.166/30
- Virtual Private Gateway : 169.254.101.165/30
위 텍스트에서 필요한 부분은 각 터널에 대한 Pre-Shared Key와 각 Tunnel의 Outside IP Address이다. 이 정보를 ipsec.d/ 디렉토리 안에 명시 할 것이다.
VPN Connection에 대해 기본적으로 2개의 터널이 제공됩니다. 단일 터널로 실행했을 때는 문제가 없었으나, 2개의 터널을 모두 사용할 때 터널 status는 모두 on임에도 불구하고 ping이 제대로 되지 않던 문제가 있었다.
해당 문제에 대한 로그는 다음과 같다.
"2SVPN2" #4: cannot install eroute -- it is in use for "2SVPN1" #3
"2SVPN1" #4: cannot install eroute -- it is in use for "2SVPN2" #3 "2SVPN1" #4: deleting state (STATE_QUICK_I1) and NOT sending notification "2SVPN1" #4: ERROR: netlink response for Del SAesp.b5b1185b@15.164.153.107included errno 3: No such process "2SVPN1" #1: next payload type of ISAKMP Hash Payload has an unknown value: 31 (0x1f) "2SVPN1" #1: malformed payload in packet
이미 먼저 연결이 성립된 customer gateway가 사용중이었고, 사용중이므로, 다른 연결 요청에 대해서는 응답을 하지 않게 된다. 키가 다르면 응답을 하지 않기 때문에 서버는 인증 요청이 잘못되어 에러가 난것으로 최종 간주하였다.
이를 해결하기 위해 구글링 한 결과, overlapip라는 다중 터널 구성시, 같은 customer ip를 사용할 수 있도록 하는 설정이 있었다. 이를 설정해주니 2중 터널 구성이 정상적으로 작동하였다.
_sudo service network restart, sudo service ipsec restart_를 터미널에 입력하여 ipsec서비스를 실행시킨다.
실행 시키고 난뒤, sudo service ipsec status를 입력하여 다음과 같은 메시지가 출력되면 제대로 VPN Tunnel이 설정 된 것이다.
"2SVPN2" #2: STATE_MAIN_I2: sent MI2, expecting MR2
"2SVPN2" #2: STATE_MAIN_I3: sent MI3, expecting MR3
"2SVPN1" #1: Peer ID is ID_IPV4_ADDR: '15.164.153.107'
"2SVPN1" #1: STATE_MAIN_I4: ISAKMP SA established {auth=PRESHARED_KEY cipher=aes_128 integ=sha group=MODP1024}
"2SVPN1" #3: initiating Quick Mode PSK+ENCRYPT+TUNNEL+PFS+UP+OVERLAPIP+IKEV1_ALLOW+IKEV2_ALLOW+SAREF_T...MODP1024}
"2SVPN2" #2: Peer ID is ID_IPV4_ADDR: '15.164.186.29'
"2SVPN2" #2: STATE_MAIN_I4: ISAKMP SA established {auth=PRESHARED_KEY cipher=aes_128 integ=sha group=MODP1024}
"2SVPN2" #4: initiating Quick Mode PSK+ENCRYPT+TUNNEL+PFS+UP+OVERLAPIP+IKEV1_ALLOW+IKEV2_ALLOW+SAREF_T...MODP1024}
"2SVPN1" #3: STATE_QUICK_I2: sent QI2, IPsec SA established tunnel mode {ESP/NAT=>0x5f303410 <0x8d8726...D=active}
"2SVPN2" #4: STATE_QUICK_I2: sent QI2, IPsec SA established tunnel mode {ESP/NAT=>0x03158d89 <0x8f026e...D=active}
3.5. Ping, SSH 테스트
Virtual Private Gateway는 단일 연결만 지원하기 때문에 Virtual Private Gateway를 통해 2쌍 이상의 연결을 할 수 없습니다. 하나의 연결이 성립된 상태에서 다른 VPN Connection을 요청할 경우, 기존 VPN Connection이 disconnect됩니다. 동시다발적으로 연결을 원할 경우, Transit Gateway를 사용해야한다.
필자는 VPC-A public === VPC-B public VPN연결이 성립된 상태에서
VPC-A public === VPC-B private 연결을 추가 요청하니 전자의 연결이 끊기고 후자의 연결이 성립되었다.
먼저 환경 변수 세팅(ip address, key 등등)이 제대로 되어있는지 확인해주시면 감사드려요!
예전에 환경 변수를 잘못 세팅하니 서로 패킷을 주고받지 못하여, 패킷트레이서를 보면서 저 문제를 해결하였던 기억이 있습니다!
만약 그래도 해결이 되지 않으신다면,
괜찮으시다면 로그 일부분이 아닌 풀 로그를 정중하게 요청드립니다...!
댓글이나 maladroit1@likelion.org로 캡쳐본을 보내주시면 함께 고민해보겠습니다 :)
사용할 수 있는 숫자가 담긴 배열 numbers, 타겟 넘버 target이 매개변수로 주어질 때 숫자를 적절히 더하고 빼서 타겟 넘버를 만드는 방법의 수를 return 하도록 solution 함수를 작성해주세요.
2. 제한사항
주어지는 숫자의 개수는 2개 이상 20개 이하입니다.
각 숫자는 1 이상 50 이하인 자연수입니다.
타겟 넘버는 1 이상 1000 이하인 자연수입니다.
3. 입출력 예
numbers
target
return
[1, 1, 1, 1, 1]
3
5
4. 문제를 보고 가진 생각 정리
위 문제는 5개수를 모두 사용하여 나올 수 있는 경우의 수를 생각하여야 한다. 위 테스트 케이스 기준 나올 수 있는 총 경우의 수는 2^5로 32개이다. 이 경우의 수를 이진 그래프로 나타내보았다.
모든 경우의 수를 표현하려면 그림이 너무 커져서 2개의 수에 대해서만 생각을 해보았다. 문제 예시처럼 5개의 수가 주어진다면, 깊이가 5인 곳에서의 모든 경우의 수에 대한 합을 구하여 target과 일치하는 로직으로 풀이를 하면 될 것이라고 생각하였다. 또한, 깊이 우선으로 탐색을 하여야 하기 때문에, 함수에서 함수를 호출하는 재귀 함수를 선택하기로 하였다.
5, 풀이 코드
class Solution {
int answer = 0;
public int solution(int[] numbers, int target) {
//4번의 그림에서 start와 같은 로직
search(numbers, target, 0);
return answer;
}
public void search(int[] numbers, int target, int depth){
//입력된 numbers의 length까지 탐색을 완료하였을 경우, 배열의 합을 구하여 target과 비교
if(numbers.length == depth){
int sum=0;
for(int i=0;i<numbers.length;i++){
sum+=numbers[i];
}
if(sum==target)
answer++;
//탐색이 완료되지 않았다면, 다음 depth에 해당하는 탐색을 진행한다.
//numbers에서 제공된 수가 양수일 수도 있고, 음수일 수도 있기 때문에 두 경우에 대해 탐색 진행.
}else{
search(numbers, target, depth+1);
numbers[depth]*=-1;
search(numbers, target, depth+1);
}
}
}
