시스템 설계 기초 — 대규모 서비스 설계 면접 완전 정복

시스템 설계 면접이란?

시스템 설계 면접은 "인스타그램을 설계하라", "URL 단축 서비스를 만들어라" 같은 열린 질문에 답하는 면접입니다. 정답이 없으며, 면접관은 설계 과정과 트레이드오프 이해도를 봅니다. 보통 45~60분 진행됩니다.

시스템 설계에서 "완벽한" 설계는 없습니다. 면접관은 트레이드오프를 인식하고, 요구사항에 맞게 합리적인 선택을 내리는 능력을 봅니다.

시스템 설계 면접 4단계 프레임

Step 1. 요구사항 명확화 (5분)
기능적 요구사항:
- "어떤 기능이 핵심인가요?"
- "읽기와 쓰기 중 어느 게 더 빈번한가요?"

비기능적 요구사항:
- "예상 사용자 수는요? DAU?"
- "데이터 보존 기간은요?"
- "가용성이 중요한가요, 일관성이 중요한가요?"

Step 2. 개략적 설계 (10분)
클라이언트, API, 서버, DB, 캐시 큰 그림 그리기
"일단 단순하게 시작하고 이후 확장합니다"

Step 3. 상세 설계 (20분)
병목 지점 식별 후 해결 방안 제시
핵심 컴포넌트 상세 설명

Step 4. 마무리 (5분)
개선 가능한 부분, 모니터링, 장애 대응 언급
"제가 놓친 부분이 있을까요?" 질문

핵심 개념 6가지

개념	설명	사용 시점
수평 확장(Scale-out)	서버 수 늘리기	트래픽 급증, 무중단 확장 필요 시
로드 밸런서	요청을 여러 서버에 분산	서버 2대 이상 운용 시 필수
캐시	자주 쓰는 데이터 메모리 저장 (Redis)	DB 부하 줄이기, 읽기 성능 향상
CDN	정적 파일을 사용자 가까운 서버에서 제공	이미지, JS, CSS, 동영상
메시지 큐	비동기 작업 처리 (Kafka, RabbitMQ)	이메일 발송, 알림, 로그 처리
DB 샤딩	데이터를 여러 DB에 분산 저장	단일 DB 한계 돌파, 대용량 데이터

CAP 정리

분산 시스템은 세 가지 속성 중 두 가지만 동시에 보장할 수 있다:

C — Consistency (일관성): 모든 노드에서 같은 데이터
A — Availability (가용성): 모든 요청에 응답
P — Partition Tolerance (분단 내성): 네트워크 분리 시에도 동작

실제 분산 시스템:
네트워크 분리(Partition)는 피할 수 없음 → P는 항상 필요
따라서 선택은 CP vs AP

CP 시스템 (일관성 우선):
예: HBase, ZooKeeper
언제: 은행 잔고, 재고 수량 (정확성이 중요)

AP 시스템 (가용성 우선):
예: Cassandra, DynamoDB, DNS
언제: 소셜 미디어 피드, 캐시 (약간의 불일치 허용)

자주 출제되는 설계 문제 — URL 단축기

요구사항:
- 기능: 긴 URL을 짧은 URL로 변환, 리디렉션
- DAU: 100만, 읽기:쓰기 = 10:1

핵심 설계 결정:

단축 키 생성:
방법 1: MD5 해시 → 처음 7자리 사용
         충돌 가능성 → DB 확인 필요
방법 2: Base62 인코딩 (0-9, a-z, A-Z)
         7자리 = 62^7 = 약 3.5조 가지 → 충분
방법 3: 분산 ID 생성기 (Snowflake)

DB 선택:
읽기 많고 데이터 간 관계 없음 → NoSQL (Cassandra, DynamoDB)
key: short_url, value: {original_url, created_at, user_id}

캐시 전략:
자주 접근하는 URL (인기 링크) Redis 캐시
LRU (최근 미사용 제거) 정책으로 메모리 관리

리디렉션:
301 (영구): 브라우저 캐시 → 서버 부하 감소
302 (임시): 매번 서버 통과 → 분석/추적 가능

자주 출제되는 설계 문제 — 채팅 서비스

핵심 기술 선택:

실시간 연결 방식:
폴링(Polling): 클라이언트가 주기적으로 새 메시지 요청 → 비효율
롱 폴링: 서버가 새 메시지 있을 때까지 연결 유지
WebSocket: 양방향 지속 연결 → 채팅에 최적

메시지 저장:
최근 메시지: Redis (빠른 접근)
오래된 메시지: Cassandra (시계열 데이터, 수평 확장 유리)

1:1 채팅 vs 그룹 채팅:
1:1: 두 사용자 ID로 고유 채널 ID 생성
그룹: 채널 ID 기반, 멤버 목록 관리

온라인 상태:
Heartbeat: 클라이언트가 5초마다 신호 전송
Redis에 "user:online:{id}" TTL=10초로 저장
TTL 초과 시 오프라인으로 표시

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