[운영] Tomcat 성능 개선

🔥 cpu가 상승하면 무슨 일이 발생할까 

서버에서 CPU 사용률이 상승하면 여러 가지 문제가 발생할 수 있습니다. 이러한 문제들은 서버의 성능 저하로 이어질 수 있으며, 이는 사용자 경험에 직접적인 영향을 미칩니다. 다음은 CPU 사용률 상승으로 인해 발생할 수 있는 주요 문제들입니다:

1. 응답 시간 증가: CPU가 과부하 상태일 때, 요청을 처리하는 데 더 오랜 시간이 걸립니다. 이는 웹 애플리케이션의 응답 시간이 증가하여 사용자에게 느린 경험을 제공합니다.
    
2. 스레드 경쟁: Tomcat은 다중 스레드를 사용하여 요청을 처리합니다. CPU가 과부하 상태일 때, 스레드 간의 경쟁이 발생할 수 있으며, 이는 성능 저하와 응답 시간 증가로 이어질 수 있습니다.
    
3. 리소스 부족: CPU 사용률이 높으면 다른 시스템 리소스(메모리, 디스크 I/O 등)도 영향을 받을 수 있습니다. 이는 전체 시스템 성능에 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다.
    
4. GC(가비지 컬렉션) 문제: Java 애플리케이션에서는 메모리 관리를 위해 가비지 컬렉션이 수행됩니다. CPU가 과부하 상태일 때, 가비지 컬렉션이 자주 발생하고 오래 걸릴 수 있으며, 이는 애플리케이션 성능을 더욱 저하시킬 수 있습니다.
    
5. 서버 다운타임: 극단적인 경우, CPU 과부하로 인해 서버가 응답하지 않거나 다운될 수 있습니다. 이는 서비스 가용성에 직접적인 영향을 미치며, 긴급한 복구 작업을 필요로 할 수 있습니다.
    
6. 열 축적 및 하드웨어 문제: 지속적인 높은 CPU 사용률은 하드웨어의 열 축적을 야기할 수 있으며, 이는 물리적인 하드웨어 손상으로 이어질 수 있습니다.
    

이러한 문제를 예방하고 해결하기 위해서는 CPU 사용률을 모니터링하고, 성능 병목 현상을 분석하며, 필요시 애플리케이션 및 서버의 최적화를 진행하는 것이 중요합니다. 또한, 부하 분산을 위해 로드 밸런서를 도입하거나, 서버를 스케일 아웃하는 것도 고려할 수 있습니다.

 

🔥 최적화 설정

Tomcat의 `server.xml` 파일에서 `Connector` 설정에 압축 관련 속성들을 추가하는 것은 HTTP 응답의 크기를 줄여 네트워크 대역폭을 절약하고, 클라이언트 응답 시간을 개선하기 위해 사용됩니다. 이러한 설정은 특히 대용량 데이터 전송이나 네트워크 대역폭이 제한된 환경에서 유용합니다.

 

설정 설명

- compression="on": 응답을 압축하도록 Tomcat에 지시합니다. 압축을 사용하면 클라이언트에게 전송되는 데이터의 크기를 줄여줍니다.
- compressionMinSize="2048": 최소 압축 크기를 설정합니다. 2048 바이트 이상인 응답만 압축합니다. 작은 데이터는 압축 효율이 떨어지기 때문에 최소 크기를 지정하는 것이 좋습니다.
- noCompressionUserAgents="": 특정 사용자 에이전트에 대해 압축을 비활성화합니다. 사용자 에이전트가 요청할 때는 압축하지 않습니다. 일부 오래된 브라우저는 압축된 데이터를 제대로 처리하지 못할 수 있기 때문입니다.
- compressableMimeType="application/json": 압축할 MIME 타입을 지정합니다. 여기서는 "application/json" 타입의 응답만 압축합니다. 다른 타입의 응답은 압축하지 않습니다.

 

어떤 상황에서 사용하나요?

1. 대규모 데이터 전송: 대규모 JSON 데이터나 다른 텍스트 기반 데이터 전송 시 유용합니다. 압축을 통해 데이터 크기를 줄이면 네트워크 트래픽을 줄이고 전송 시간을 단축할 수 있습니다.
2. 대역폭 절약: 네트워크 대역폭이 제한된 환경에서 압축을 통해 더 많은 데이터를 전송할 수 있습니다. 이는 특히 모바일 네트워크나 느린 인터넷 연결에서 중요합니다.
3. 서버 성능 최적화: 서버와 클라이언트 간의 데이터 전송 시간을 줄여 전체 성능을 개선할 수 있습니다. 압축은 서버의 CPU를 사용하지만, 네트워크 대역폭 절약으로 인해 전체 성능이 향상될 수 있습니다.

 

최적화 상황

1. 데이터 압축: 지정된 조건에 맞는 모든 HTTP 응답 데이터가 압축됩니다. 이는 데이터 전송량을 줄이고, 클라이언트가 데이터를 더 빠르게 받을 수 있게 합니다.
2. CPU 사용 증가: 압축 작업은 CPU를 추가로 사용합니다. 따라서, 서버의 CPU 부하가 증가할 수 있습니다. 하지만 대부분의 경우 네트워크 I/O 감소로 인해 전체 시스템 성능이 개선됩니다.
3. 호환성 문제: 특정 사용자 에이전트가 압축된 데이터를 처리하지 못할 경우 문제가 발생할 수 있습니다. 이를 방지하기 위해 `noCompressionUserAgents` 설정을 통해 호환되지 않는 에이전트에 대해서는 압축을 비활성화할 수 있습니다.

 

결론
압축 설정을 통해 네트 워크 대역폭을 절약하고, 응답 시간을 줄일 수 있지만, CPU 부하가 증가할 수 있습니다. 따라서 서버의 성능과 네트워크 환경을 고려하여 적절히 설정하는 것이 중요합니다.

 

🔥 위와 같은 설정으로 최적화가 될까?

Tomcat에서 압축을 활성화하면 네트워크 대역폭 절약과 응답 시간 단축의 장점이 있지만, CPU 사용률이 오히려 증가할 수 있습니다. 압축 작업 자체가 CPU에 부담을 주기 때문입니다. 따라서 압축 설정이 CPU 상승을 막아주는 것은 아니며, 오히려 다음과 같은 상황에서 CPU 사용률이 상승할 수 있습니다:

1. 데이터 압축 작업: 압축은 CPU 집약적인 작업입니다. 압축을 활성화하면 서버가 각 응답을 압축하기 위해 더 많은 CPU 리소스를 사용하게 됩니다.
2. 대용량 데이터 처리: 압축할 데이터의 양이 많을수록 CPU 사용률이 더 높아집니다.

압축을 활성화하는 설정은 네트워크 대역폭 절약 및 클라이언트 응답 시간 개선을 목표로 하지만, 서버의 CPU 부하를 증가시킬 수 있다는 점을 고려해야 합니다.

 

 

원인 분석 및 해결 방법

압축을 사용하면서도 CPU 사용률을 관리하려면 다음과 같은 추가적인 방법들을 고려해볼 수 있습니다

1. 적절한 압축 수준 설정:

• 압축 수준을 조절하여 CPU 사용률과 압축 효율 간의 균형을 맞춥니다. 압축 수준이 높을수록 더 많은 CPU를 사용하지만, 데이터 크기를 더 많이 줄일 수 있습니다.

2. 압축할 MIME 타입 제한:

• 꼭 필요한 데이터 타입만 압축하여 불필요한 CPU 사용을 줄입니다. 예를 들어, 텍스트 기반 데이터(JSON, XML 등)만 압축하고 이미지나 동영상 파일은 압축하지 않습니다.

3. 서버 리소스 모니터링 및 조정:

• 서버의 CPU 사용률을 지속적으로 모니터링하고, 필요시 서버 리소스를 확장합니다. 예를 들어, 더 많은 CPU 코어를 추가하거나 여러 서버로 부하를 분산합니다.

4. 캐싱 사용:

• 자주 요청되는 데이터에 대해 캐싱을 사용하여 압축 작업을 줄입니다. 캐시된 데이터는 압축된 상태로 저장하여 재사용할 수 있습니다.

5. 다른 성능 최적화 기법 적용:

• 데이터베이스 쿼리 최적화, 메모리 관리, 애플리케이션 로직 개선 등 다른 성능 최적화 기법을 함께 적용하여 전체적인 서버 부하를 줄입니다.

 

결론
Tomcat의 압축 설정은 네트워크 대역폭 절약과 클라이언트 응답 시간 단축에 유리하지만, 서버의 CPU 사용률을 증가시킬 수 있습니다. 압축을 통해 CPU 상승을 직접적으로 막을 수는 없으며, 오히려 CPU 부하를 증가시킬 수 있기 때문에, 서버 리소스를 효율적으로 관리하고 다른 성능 최적화 방법들을 함께 적용하는 것이 중요합니다.