[번역] 최신 기술 – CQRS 처음 도입하기

원문: https://msdn.microsoft.com/magazine/mt147237

도메인 주도 개발(이하 DDD;Domain-driven design)은 십여년 전부터 소프트웨어 개발자와 아키텍트들에게 많은 영향을 주었습니다. 분명한 장점과 단점을 모두 가진 DDD이지만, 객체지향 개발자들은 이를 통해 오래된 꿈을 실현하려고 했습니다. 그 꿈은 바로, 모든 이해관계자의 요구사항을 해소해주는 온전한 오브젝트 모델로 응용 프로그램을 만드는 것이지요.

지난 수십 년간, 많은 개발자들은 DDD 가이드라인에 따라 프로젝트를 수행했습니다. 그 중에는 성공한 프로젝트도 실패한 프로젝트도 있습니다. 결국 깨달은 진실이 있다면, 소프트웨어에서 기능적인 요소든 그 외의 요소든 모든 것을 아우른 오브젝트 모델이란 그저 환상일 뿐이라는 것입니다.  특히 요즘처럼 고차원의 UX, 급변하는 비즈니스 모델, 시도때도 없이 달라지는 요구사항이 들이닥치는 바쁜 세상에서 견고하고 안정적인 오브젝트 모델을 만들려는 것은 더 허황된 꿈처럼 느껴집니다.

최근 이에 대한 남다른 해결법으로 주목을 끌고 있는 용어가 있습니다. 바로 Command and Query Responsibility Segregation (CQRS; 명령과 쿼리의 역할구분) 입니다. CQRS가 소프트웨어 개발 방법론에서 새롭게 등장한 개념은 아닙니다. 구현도 그리 복잡하지 않습니다. CQRS는 그저 소프트웨어의 생애주기나 복잡도에 구애받지 않으면서 대부분의 소프트웨어 개발에 적용하기에 적합한 구현 패턴일 뿐입니다.

CQRS를 구현하는 방법은 취향따라 최소 세가지가 있습니다. 여러분이 뭐라고 이름 붙이든 상관없습니다. 호텔방이나 음료수를 구분할 때처럼 일반/프리미엄/디럭스로 이름붙여 봅시다. CQRS로 검색해서 나오는 대부분의 예시와 내용은 대부분 디럭스급이라고 보면 됩니다. 그런 것들은 평범한 어플리케이션에 적용하기엔 너무 복잡하고 과분합니다.

CQRS는 프로젝트의 복잡도와 상관없이 성공적으로 적용할 수 있는 소프트웨어 개발 방법론입니다. 최종적으로 CQRS는 전통적인 다층 레이어 아키텍처를 좀 더 많은 변화를 받아들이도록 재구성하는 것입니다.

명령과 쿼리

버트란드 마이어(Bertrand Meyer)가 1980년대에 Eiffel이라는 프로그래밍 언어를 개발할 때, 소프트웨어는 시스템의 상태를 바꾸는 것과 시스템의 상태를 읽는 두가지의 명령으로 나뉜다고 했습니다. 모든 소프트웨어 명령어는 명령과 쿼리 둘 중 하나라고 말입니다. 둘의 조합된 형태도 아니고 반드시 둘 중 하나에 속해야 합니다. 좀 더 세련된 표현으로 말하자면, 질문을 아무리 해도 답변은 변하지 않아야 합니다. CQRS는 이 이론을 현대적으로 복기한 것입니다. 명령과 쿼리를 구별하여 별개로 구현합니다.

명령과 쿼리를 논리적으로 나누기란 어려운 일입니다. 특히 둘 모두가 동일한 프로그래밍 스택과 동일한 모델을 사용한다면 더더욱 어렵습니다. 복잡한 비즈니스 시나리오에서는 더 어려운데, 왜냐하면 오브젝트든 함수형이든 뭐든간에 어떤 모델이라도 금세 손 쓸 수 없을 정도로 복잡해지곤 하기 때문입니다. 이렇게 모델이 급격하게 커지고 복잡해지면 시간과 예산을 잡아먹고 원래 의도했던대로 동작하지도 않을 것입니다.

CQRS는 기본적으로 쿼리 작업은 쿼리 작업끼리 한 레이어에, 명령 작업은 또 다른 레이어에 그룹핑해서 구분합니다. 각 레이어는 독립적인 데이터 모델과 서비스를 사용하고 독자적인 패턴과 기술을 조합해서 구현합니다. 중요한 점은, 두 레이어를 각자 고유의 2-tier로 구현할 수 있고 최적화도 구분해서 적용함으로써 서로에게 영향을 주지 않도록 하는 것입니다. 그림 1은 CQRS 구조의 기초적인 부분을 보여줍니다.

A Canonical and Multi-­Layered CQRS Architecture 

그림 1 기본적인 다층 레이어의 CQRS 구조

명령과 쿼리를 별개로 인식하면 소프트웨어 구조에 큰 변화를 줄 수 있습니다. 일례로, 각자의 도메인 레이어에 대해서만 모델링하고 코딩하기 때문에 훨씬 단순합니다. 명령 스택은 데이터, 비즈니스, 보안 규칙만 고려해서 개발하고, 쿼리 스택은 가장 간단하게는 DB 커넥션에 SQL 쿼리문만 작성하면 됩니다.

프레젠테이션 계층에 보안 규칙을 넣는다면, 쿼리 스택은 Entity Framework와 같은 ORM을 얇게 감싸고 데이터를 조회하는 수준일겁니다. 도메인 레이어마다 데이터를 해당 도메인의 요구사항에 최대한 맞춰서 표현하기에도 수월합니다. 데이터를 굳이 복사하거나 누더기로 만들지 않고도 말입니다.

DDD가 처음 나왔을 때는 소프트웨어 개발의 복잡함을 따져보려는 의미가 컸습니다. DDD를 시도하는 개발자들은 꾸준히 이 복잡함과 씨름해왔습니다. 대부분은 비즈니스 도메인에 대한 이야기였습니다. 하지만 대부분의 복잡한 것들은 명령과 쿼리의 곱집합 때문이었습니다. 쿼리에서 명령 부분을 떼어내면 복잡도가 한자릿수로 줄어듭니다. 단순히 수학적으로 표현하자면, 통상적인 도메인모델 기반으로 구현한 복잡도가 NxN이라면 CQRS는 N+N인 셈입니다.

CQRS 시작하기

기존의 CRUD 시스템도 얼마든지 CQRS 형태로 바꿀 수 있습니다. 예를 들어 사용자가 다양한 정보를 입력하는 폼이 있는 전통적인 ASP.NET MVC 웹 어플리케이션이 있다고 합시다. 대부분의 어플리케이션이 하는 일이기에 아키텍트들은 어떻게 해야 이런 어플리케이션을 빠르고 효율적으로 만들지 잘 알고 있습니다. 이제 여러분은 이를 CQRS로 재해석해서 만들어볼 것입니다. 아마도 바뀔 부분이 거의 없어서 놀랄 것입니다. 그에 비해 얻는 장점은 너무나 많습니다.

기존의 시스템은 대부분 여러 계층으로 이루어져 있습니다. 여러분의 시스템에 콘트롤러에서 직접 호출하는 어플리케이션 서비스가 있다고 가정해봅시다. 콘트롤러와 어플리케이션 서비스는 웹 서버 안에 있습니다. 그림 1과 같이, 어플리케이션 서비스는 어플리케이션 계층을 이룹니다. 그래서 어플리케이션 계층은 시스템에 명령과 쿼리를 실행하는 플랫폼이기도 합니다. CQRS를 적용한다는 말은 곧 역할이 둘로 구분된 중간계층을 가진다는 말이기도 합니다. 하나는 시스템 상태를 바꾸는 명령에 대한 것이고, 다른 하나는 데이터를 가져오는 것입니다. 그림 2는 이에 따라 ASP.NET MVC 프로젝트의 구조를 나타낸 다이어그램입니다.

 

The CQRS Architecture for an ASP.NET MVC Project
그림 2 ASP.NET MVC 프로젝트에서의 CQRS 구조

먼저 두 개의 클래스 라이브러리 프로젝트를 만듭니다. 쿼리 스택과 명령 스택 라이브러리입니다. 그리고 웹 서버 프로젝트에 모두 참조로 추가합니다.

쿼리 스택

쿼리 스택 클래스는 데이터를 가져오기만 합니다. 개발을 할 때 프리젠테이션 레이어에 최대한 일치하도록 데이터 모델을 만듭니다. 이 때 비즈니스 규칙은 거의 고려할 필요가 없습니다. 왜냐하면 비즈니스 규칙이란 주로 상태를 바꾸는 것이므로 명령 스택에서 구현하기 때문입니다.

DDD에서 유행한 도메인 모델 패턴은 도메인 로직을 조직하는 방법에 대한 것이었습니다. 이렇게 복잡하게 갈 필요 없이, 시스템의 프론트엔드에서 실행할 쿼리를 만들 때는 단지 어플리케이션 로직의 일부와 사용 시나리오만 신경쓰면 됩니다. 실상 ‘비즈니스 로직’이라는 말은, 변하지 않는 도메인 로직 위에 어플리케이션 별 로직을 엮은 결과물입니다. 보여주는 정보의 정해진 형식과 프레젠테이션 포멧을 알면 그저 SQL 쿼리로 나온 데이터를 매핑하는 작업만 해주면 됩니다.

어플리케이션 계층에서 실행하는 모든 코드는 시스템의 비즈니스 도메인을 반영한 결과입니다. 그러므로 시스템의 핵심 로직에 대한 API는 변하지 않아야 합니다. 이상적으로는, 핵심 로직에서 노출된 API는 그 자체로 완전무결해야 합니다. 즉, 어떠한 불일치도 없고 일관된 규칙을 가집니다. 쿼리 스택의 본질은 읽기전용이므로 아래 코드와 같이 Entity Framework 콘텍스트를 간단히 감싸고 있는 클래스를 만들 수 있습니다. 이제 감쌌다는 의미로 wrapper 클래스라고 부르겠습니다.

public class Database : IDisposable
{
  private readonly QueryDbContext _context = new QueryDbContext();
  public IQueryable<Customer> Customers
  {
    get { return _context.Customers; }
  }
  public void Dispose()
  {
   _context.Dispose();
  }
}

위 코드에서 QueryDbContext 클래스는 DbContext 클래스를 상속받았으며, DbSet<T> 콜렉션이 들어있습니다. 여기서는 QueryDbContext 클래스가 데이터베이스의 모든 테이블에 엑세스 할 수 있다고 가정합시다. 이렇게 하면 Linq to Entities 기능으로 쿼리를 수행할 수 있습니다.

쿼리 파이프라인을 만드는 첫 단계는 데이터베이스에 쿼리만 할 수 있도록 설정하는 것입니다. wrapper 클래스가 바로 이런 역할을 합니다. Database 가 IQueryable<T>만 노출하고 있기 때문입니다. 이로써 Database라는 wrapper 클래스를 사용하는 어플리케이션 계층은 쿼리를 구현해서 프리젠테이션으로 데이터를 보낼 수 있게 됩니다.

var model = new RegisterViewModel();
using (var db = new Database())
{
  var list = (from m in db.Customers select m).ToList();
  model.ExistingCustomers = list;
}

위 코드와 같이 데이터 원본과 프리젠테이션은 직접 연결되어있습니다. 이제 데이터를 표시하기 위한 용도로 데이터 읽기와 형식만 다루면 됩니다. 로그인 기능이나 UI에 제한을 둬서 데이터 접근을 제어하고 싶다면, 그저 데이터 접근까지 레이어를 더 추가하거나 IQueryable로 가져오는 데이터 콜렉션을 조절해서 구현할 수 있습니다. 데이터 모델은 데이터베이스와 동일하므로 1:1 관계입니다. 이렇게 IQueryable을 노출한 데이터 모델은 Layered Expression Trees (LET)라는 개념을 적용할 때도 유용하게 사용할 수 있습니다. (*역자주: LET는 Linq를 최대한 활용하여 데이터 모델을 풍부하게 표현하는 방법 중 하나입니다)

지금까지 논의한 내용 중 핵심 몇 가지를 정리해봅시다. 우선, 읽기전용 파이프라인에는 비즈니스 규칙이 없다는 것입니다. 인증 규칙과 필터링 외에는 특별히 고려할게 없습니다. 그리고 인증 규칙이나 필터링은 어플리케이션 계층에서 이미 잘 파악하고 있습니다. 데이터 전송 오브젝트(Data Transfer Object; DTO)를 복잡하게 다루지도 않습니다. 뷰에 표시하는데에 단 하나의 모델과 그 안에 실제 데이터만 있습니다. 그러므로, 어플리케이션 서비스는 아래와 같은 패턴일 것입니다.

var model = SpecificUseCaseViewModel();
model.SomeCollection = new Database()
     .SomeQueryableCollection
     .Where(m => SomeCondition1)
     .Where(m => SomeCondition2)
     .Where(m => SomeCondition3)
     .Select(m => new SpecificUseCaseDto
       {
         // Fill up
       })
     .ToList();
return model;

코드에 있는 데이터 전송 오브젝트는 프리젠테이션 전용으로만 사용하게 됩니다. 클래스를 만드는건 어쩔 수 없지만 그 클래스에는 사용자가 뷰에서 보고 싶어하는 정보만 있습니다. Where 절을 교체하는 IQueryable 확장메소드를 구현해서 그때그때마다 다른 것으로 볼 수 있도록 할 수도 있습니다. 이렇게 하면 특정 도메인에 대해 대화형으로 구현할 수도 있습니다.

쿼리 스택에서 고려할 점이 또 하나 있다면 데이터의 일관성(persistence)입니다. 간단한 형태의 CQRS는 명령과 쿼리 스택을 하나의 데이터베이스로 사용합니다. 이런 공용 구조는 CQRS로 구현해도 전통적인 CRUD 시스템과 유사해보입니다. 그러므로 변화에 저항감이 있는 개발자들에게는 CQRS를 도입하기에 보다 쉬워 보일 수 있습니다. 하지만 나중에는 명령과 쿼리 스택이 별개의 데이터베이스를 사용하도록 백엔드를 디자인해야 합니다. 각자의 목적에 맞도록 최적화해야 하기 때문입니다. 두 데이터베이스의 동기화는 다른 문제이므로 이 글에서 다루지는 않겠습니다.

명령 스택

CQRS 에서 명령 스택은 어플리케이션의 상태를 바꾸는 작업만 합니다. 어플리케이션 계층이 프리젠테이션에서 요청을 받으면 하나의 명령으로 구성한 후 이 명령을 파이프라인에 푸시합니다. 여기서 ‘명령을 파이프라인에 푸시한다’는 표현은 CQRS를 특징짓는 말이기도 합니다.

가장 단순하게는 트랜젝션 스크립트를 실행하는 것이 곧 명령을 푸시하는 것입니다. 트랜젝션 스크립트는 작업에 필요한 모든 과정을 처리한 워크플로우입니다. 그래서 어플리케이션 계층에서 명령을 푸시하는 작업은 아래 코드와 같이 구현할 수 있습니다.

public void Register(RegisterInputModel input)
{
  // Push a command through the stack
  using (var db = new CommandDbContext())
  {
    var c = new Customer {
      FirstName = input.FirstName,
      LastName = input.LastName };
    db.Customers.Add(c);
    db.SaveChanges();
  }
}

비즈니스 로직을 구현한 서비스 도메인 계층과 그에 관련된 도메인 모델을 좀 더 적극적으로 이용하면 보다 복잡한 구성을 만들 수도 있습니다. 하지만 CQRS를 구현하는데 반드시 DDD와 엮을 필요는 없습니다. DDD에서 언급하는 도메인 모델의 집합, 팩토리, 값 오브젝트와 같은 개념을 굳이 다루지 않아도 CQRS 구현에 문제되지 않습니다. 그저 명령과 쿼리의 구분을 명확히 해서 도메인 모델로 인해 만들어지는 복잡성을 줄일 수만 있다면, 그것이 바로 CQRS 도입의 장점일 것입니다.

CQRS 다음은 무엇일까

CQRS의 장점은 명령과 쿼리 파이프라인을 원하는대로 최적화할 수 있으면서도 다른 요소가 깨질 위험은 거의 없다는 것입니다. CQRS를 가장 기초적으로 시도하려면 단일 데이터베이스를 공유하고 어플리케이션 레이어에서 읽기와 쓰기를 별개의 라이브러리로 수행하는 방법이 있습니다.

좀 더 제대로 하려면 여러 개의 데이터베이스를 혼용하여 폴리글랏 저장소로 만들고 쿼리할 때나 이벤트 소싱에 대응하여 조합하는 것입니다. 이벤트 소싱은 명령을 백엔드에 보낼 때 더 유연하게 처리할 수 있으므로 중요합니다. 명령을 버스에 보내고 이를 이벤트로 배포하면 어떤 작업을 새로 정의하거나 수정하는 경우에 이를 플로우 차트를 다루듯이 관리할 수 있기 때문에 보다 유연합니다. 이와 동시에 버스의 성능과 기능을 추가하면 수직적으로 확장하는 효과를 얻을 수도 있습니다.

많은 개발자들이 CQRS에 찬사를 보내지만 대규모의 고차원적인 어플리케이션에만 어울린다고 생각하곤 합니다. CQRS 그 자체는 고수준의  아키텍처도 아니고 특정 기술에 종속적이지도 않습니다. 일부 디자인 패턴에 종속적일 수는 있지만, 단지 디자인 패턴일 뿐입니다. CQRS는 단순하고 강력하며 대부분의 어플리케이션에 잘 맞습니다.


Dino Esposito “Microsoft .NET: Architecting Applications for the Enterprise” (Microsoft Press, 2014), “Programming ASP.NET MVC 5” (Microsoft Press, 2014)의 공동저자입니다. JetBrains에서 .NET과 안드로이드 분야의 기술 에반젤리스트이며, 세계 곳곳의 여러 행사에서 연사로 활동하고 있습니다. Esposito의 소프트웨어에 대한 비전은 다음 링크에서 볼 수 있습니다.  software2cents.wordpress.com, 트위터: @despos.

이 문서의 리뷰를 한 Microsoft 기술 전문가 Jon Arne Saeteras에게 감사드립니다.

이 문서를 번역한 김영재 교육서비스 바로풀기의 개발사 Bapul의 CTO로서 기술로 교육에 새로운 시각을 주기 위해 열심히 개발하고 있습니다.

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