병목현상(Bottleneck)이란?
현실 세계에서 병목은 병의 목 부분이 좁아 액체가 병에서 천천히 나오는 것을 비유한 것이다. 병의 몸통은 넓어 많은 양의 액체를 담을 수 있지만, 목이 좁아져 한 번에 흐를 수 있는 양이 제한되는 것처럼 컴퓨터 시스템에서도 병목현상이 발생하면 처리 능력이 낮아지고 제한된다.
컴퓨터 시스템에서 병목현상은 시스템의 처리 속도를 제한하거나 성능 저하를 유발하는 가장 느린 부분을 뜻한다.
이 현상은 시스템의 여러 구성 요소 중 특정 부분이 다른 부분에 비해 처리 속도가 느려 전체 시스템의 성능에 부정적인 영향을 미칠 때 발생한다.
병목현상의 예시
현실세계에서의 병목 현상
- 고속도로에서 모든 차선이 잘 흐르다가 톨게이트에서 줄을 서서 기다리는 상황에서 줄이 늘어나는 톨게이트가 병목임.
서버에서의 병목현상:
- DB 부하: 서버 요청이 많아져 DB 조회나 쓰기 작업이 느려지면, 전체 시스템 속도가 느려짐.
- API 지연: 하나의 API가 처리 속도가 느리면, 다른 API 요청들도 대기하게 되어 응답 시간이 길어짐.
네트워크에서의 병목현상:
- 데이터가 네트워크를 통해 전달될 때, 특정 라우터나 네트워크 장치의 처리 용량이 한계에 도달하면 병목이 발생함.
개발 프로세스에서의 병목현상:
- 팀의 특정 작업이 완료되지 않아 다른 작업들이 지연되는 상황.
- 예시: 백엔드 API 개발이 늦어져 프론트엔드 개발이 멈춰 있는 경우.
병목현상의 원인
하드웨어 문제:
- CPU, 메모리, 디스크, 네트워크 등 자원의 제한
- 예: DB 서버의 CPU가 과부하 상태일 경우
소프트웨어 문제:
- 비효율적인 코드, 잘못된 알고리즘, 동시성 문제 등
- 예: 불필요한 중복 요청이나 반복 계산
설계 문제:
- 시스템 설계 단계에서 특정 구성 요소에 부하가 몰리도록 설계된 경우
- 예시: 모든 요청이 한 곳으로 집중되는 단일 장애점(Single Point of Failure)
병목현상을 해결하는 방법
분석 및 모니터링:
- 성능 테스트 도구(JMeter, Locust)를 사용하여 병목 구간을 찾아냄
- 서버 로깅, APM(Application Performance Monitoring) 도구를 활용함
최적화:
- 코드 개선: 비효율적인 로직을 최적화함
- 데이터베이스 최적화: 인덱스 추가, 쿼리 개선 등
- 캐싱 도입: 자주 사용하는 데이터를 캐시에 저장하여 DB 부하를 감소시킴
리소스 확장:
- 더 좋은 서버로 업그레이드하거나 서버를 추가함
- CDN(Content Delivery Network)이나 로드 밸런싱 활용
병목을 해결하면 시스템 전체의 성능이 대폭 향상됨