카프카, 데이터 플랫폼의 최강자

실시간 비동기 스트리밍 솔루션 Kafka의 기본부터 확장 응용까지

고승범 , 공용준 지음

책만 2019년 02월 14일 출간 국내도서 : 2018년 04월 26일 출간

작품소개

책소개

데이터 플랫폼의 핵심 컴포넌트로 각광받고 있는, 이벤트 기반 비동기 아키텍처를 위한 고가용성 실시간 분산 스트리밍 솔루션 카프카(Kafka)의 모든 것!

국내 최대 모바일 플랫폼 회사인 카카오에서 '전사 공용 카프카' 서비스를 운영하고, 데이터 파이프라인과 빅데이터 플랫폼을 구축한 저자들의 풍부한 지식, 생생한 실전 경험, 노하우가 가득 담긴 책!

카프카 사용자는 물론이고 아직 카프카를 도입하지 않은 기업이나 담당자들을 대상으로, 카프카를 손쉽게 설치하고 구성하는 방법, 비동기 메시지 처리법과 함께 프로그램 개발 방법도 차근차근 익혀본다. 또한, 손쉽게 메시징 시스템을 도입할 수 있도록 카프카의 내부 디자인과 프로듀서/컨슈머의 특징을 심도 있게 다뤘다. 아울러, 카프카를 데이터 버스로 활용해서 실시간 데이터를 분석하는 방법을 여러 방면의 예를 들어 자세히 설명하고, 카프카 기반의 실시간 데이터 분석 시스템을 개발하는 과정을 자세한 설명과 함께 샘플코드도 제공하고 있어서 실시간/배치 분석 업무를 수행하는 빅데이터 분석가나 데이터 엔지니어, 이벤트 기반 방식의 비동기 시스템 개발 업무를 맡은 모든 개발자에게 도움이 될 것이다.

목차

1부 카프카를 시작하며
1장 카프카란 무엇인가
1.1 카프카의 탄생 배경
1.2 카프카의 동작 방식과 원리
1.3 카프카의 특징
1.4 카프카의 확장과 발전
1.5 정리

2장 카프카와 주키퍼 설치
2.1 카프카 관리를 위한 주키퍼
2.2 주키퍼 설치
__2.2.1 주키퍼 다운로드
__2.2.2 주키퍼 실행
2.3 카프카 설치
__2.3.1 카프카 다운로드
__2.3.2 카프카 환경설정
__2.3.3 카프카 실행
2.4 카프카 상태 확인
__2.4.1 TCP 포트 확인
__2.4.2 주키퍼 지노드를 이용한 카프카 정보 확인
__2.4.3 카프카 로그 확인
2.5 카프카 시작하기
2.6 정리

2부 기본 개념과 운영 가이드
3장 카프카 디자인
3.1 카프카 디자인의 특징
__3.1.1 분산 시스템
__3.1.2 페이지 캐시
__3.1.3 배치 처리
3.2 카프카 데이터 모델
__3.2.1 토픽의 이해
__3.2.2 파티션의 이해
__3.2.3 오프셋과 메시지 순서
3.3 카프카의 고가용성과 리플리케이션
__3.3.1 리플리케이션 팩터와 리더, 팔로워의 역할
__3.3.2 리더와 팔로워의 관리
3.4 모든 브로커가 다운된다면
3.5 카프카에서 사용하는 주키퍼 지노드 역할
3.6 정리

4장 카프카 프로듀서
4.1 콘솔 프로듀서로 메시지 보내기
4.2 자바와 파이썬을 이용한 프로듀서
__4.2.1 메시지를 보내고 확인하지 않기
__4.2.2 동기 전송
__4.2.3 비동기 전송
4.3 프로듀서 활용 예제
4.4 프로듀서 주요 옵션
4.5 메시지 전송 방법
__4.5.1 메시지 손실 가능성이 높지만 빠른 전송이 필요한 경우
__4.5.1 메시지 손실 가능성이 적고, 적당한 속도의 전송이 필요한 경우
__4.5.2 전송 속도는 느리지만, 메시지 손실이 없어야 하는 경우
4.6 정리

5장 카프카 컨슈머
5.1 컨슈머 주요 옵션
5.2 콘솔 컨슈머로 메시지 가져오기
5.3 자바와 파이썬을 이용한 컨슈머
5.4 파티션과 메시지 순서
__5.4.1 파티션3개로 구성한 peter-01토픽과 메시지 순서
__5.4.2 파티션1개로 구성한 peter-02토픽과 메시지 순서
5.5 컨슈머 그룹
5.6 커밋과 오프셋
__5.6.1 자동 커밋
__5.6.2 수동 커밋
__5.6.3 특정 파티션 할당
__5.6.4 특정 오프셋부터 메시지 가져오기
5.7 정리

6장 카프카 운영 가이드
6.1 필수 카프카 명령어
__6.1.1 토픽 생성
__6.1.2 토픽 리스트 확인
__6.1.3 토픽 상세보기
__6.1.4 토픽 설정 변경
__6.1.5 토픽의 파티션 수 변경
__6.1.6 토픽의 리플리케이션 팩터 변경
__6.1.7 컨슈머 그룹 리스트 확인
__6.1.8 컨슈머 상태와 오프셋 확인
6.2 주키퍼 스케일 아웃
6.3 카프카 스케일 아웃
6.4 카프카 모니터링
__6.4.1 카프카 JMX 설정 방법
__6.4.2 JMX 모니터링 지표
6.5 카프카 매니저
__6.5.1 카프카 매니저 설치
__6.5.2 카프카 클러스터 등록
__6.5.3 카프카 매니저 메뉴
6.6 카프카 운영에 대한 Q&A
6.7 정리

3부 카프카의 확장과 응용
7장 카프카를 활용한 데이터 파이프라인 구축
7.1 카프카를 활용한 데이터 흐름도
7.2 파일비트를 이용한 메시지 전송
__7.2.1 파일비트 설치
__7.2.2 파일비트 설정
__7.2.3 카프카 토픽의 메시지 유입 확인
7.3 나이파이를 이용해 메시지 가져오기
__7.3.1 나이파이 설치
__7.3.2 나이파이 설정
__7.3.3 나이파이를 이용한 컨슈머 설정
7.4 실시간 분석을 위해 엘라스틱서치에 메시지 저장
__7.4.1 엘라스틱서치 설치
__7.4.2 엘라스틱서치 설정
__7.4.3 나이파이를 이용해 엘라스틱서치로 데이터 전송
7.5 키바나를 이용해 엘라스틱서치에 저장된 데이터 확인
__7.5.1 키바나 설치
__7.5.2

출판사 서평

[도서 내용]
현대 컴퓨팅 아키텍처의 가장 큰 특징은 '느슨한 결합(loosely coupled)'으로 이루어진 컴퓨팅 아키텍처라고 할 수 있다. 클라우드 시대가 본격적으로 열리면서 컴퓨팅 리소스는 더이상 영속적이지 않다. 부지불식간에 사라질 수도 있고, 자동 확장(auto-scale)에 의해 몇 배 또는 몇십 배 이상 갑자기 늘어날 수도 있다. 그렇기 때문에 서비스를 이루는 컴포넌트들은 예전처럼 '견고한 결합(strongly coupled)'으로 연결될 수 없다. 단적인 예를 하나 들자면, 현대 컴퓨팅 환경에서는 기존의 서버/클라이언트 구조를 고수해 직접 통신하게 되면, 통신을 하던 서버가 언제든 사라질 수도 있기 때문에, 근래의 컴퓨팅 통신은 직접 통신 대신 비동기 메시징(Asynchronous Messaging) 프레임워크를 기반으로 간접적으로 데이터를 주고받는 형태를 취한다.

또 다른 특징으로는 기업 내 데이터의 중앙화를 들 수 있다. 이전 세대에서는 회사의 각 서비스별로 별도의 데이터 파이프라인(ETL: 데이터 추출Extract, 변환Transform, 로드Load) 계층이나 데이터 분석용 시스템을 운영했기 때문에 회사 전체의 데이터가 파편화되어 총합적인 데이터 분석이 매우 어려웠다. 이전 시대의 서비스에서는 각 서비스의 데이터에만 기반해 분석해도 어느 정도 사용자의 만족을 끌어낼 수 있었다. 하지만 서비스들이 고도로 연결되어 있는 오늘날에는 여러 상황이 급변했다. 예를 들어, 특정 회사의 메신저 서비스를 사용하는 고객 분석을 하려면, 고객의 메신저 서비스 사용 정보뿐만 아니라 그 고객이 같은 회사에서 이용하는 블로깅, 소셜 네트워크, 사진 서비스 등의 사용 데이터를 가져와 모두 분석해야만 사용자의 만족을 끌어내는 고객 서비스 자료를 얻어낼 수 있다.

과거에는 많은 서비스에서 생성되는 모든 이벤트를 모았을 때 이 부하를 견딜 만한 서비스 버스 시스템(Service Bus System)이 전혀 없었기 때문에 어려운 일이었지만, 최근에는 강력한 메시지 처리 성능(High Throughput)과 빠른 수평확장성(Scale-out), 고장감내성(Fault-torelance)에 기반한 이벤트 버스 애플리케이션이기도 한 카프카의 도입으로 만족할 만한 수준의 분석 기술이 가능해진 것이다. 따라서 오늘날 데이터 분석을 중점에 둔 대규모 회사를 중심으로 카프카를 전격 도입해 중앙 데이터 파이프라인으로 매우 중요하게 사용하고 있는 회사들이 속속 늘어나고 있다.

카프카는 전통적인 메시지 시스템으로서 메시징 처리뿐만 아니라, 사용자의 웹 사이트 활동 추적 파이프라인으로 활용하고 애플리케이션의 통계를 집계해 모니터링 데이터로 사용한다. 그리고 예전에는 데이터가 필요하면, 데이터를 관장하는 조직에 요청하고 기다리는 작업을 수없이 반복함으로써 데이터 분석에 걸리는 시간이 늘고 효율도 떨어졌지만, 카프카를 사용함으로써 이벤트 소싱과 같이 시간순으로 발생하는 이벤트를 카프카라는 데이터 버스에 저장해서, 필요한 조직이나 인력이 이 데이터를 필요한 때에 언제든 즉시 활용할 수 있도록 데이터 분석 환경이 빠르게 바뀌고 있다.

아파치 카프카는 이처럼 비동기 통신 방식을 매우 큰 규모로, 아주 빠르게 처리할 수 있게 개발된 애플리케이션이다. 2011년 초 세상에 공개된 이후, 현재 넷플릭스, 링크드인, 에어비앤비, 마이크로소프트, 우버, 카카오, 라인과 같이 사용자의 데이터를 심층적으로 실시간 분석해서 사용해야 하는 수많은 기업에서 비동기 전용 프레임워크로 도입해 사용하고 있다.

단순한 메시징 큐 서비스를 뛰어넘어 기업 내 핵심 플랫폼 중 하나로서 카프카를 도입하는 회사가 속속 늘어나고 있는 이 시점에서, 카프카를 이해하길 원하고 카프카를 활용한 비동기 시스템 구성과 데이터 파이프라인을 만들고 싶어하는 분들에게 이 책이 큰 도움이 되길 바란다.

[이 책의 구성]
'1부, 카프카를 시작하며'
'1장, 카프카 소개'에서는 카프카가 탄생할 당시 링크드인의 상황을 통해 데이터 처리 시스템의 변화를 알아보면서 카프카의 역사를 살펴본다. 또한, 메시징 시스템의 기본적인 동작 방식과 카프카의 특징도 자세히 알아본다.
'2장, 카프카 설치'에서는 대표적인 분산 애플리케이션인 카프카를 위한 안정적인 코디네이션 애플리케이션인 주키퍼에 대해 자세히 알아보고 주키퍼와 카프카의 관계를 살펴본다. 어느 책에서도 자세히 다루지 않아 사용자들이 가장 어려워하는 주키퍼 설치 과정을 그림과 코드와 함께 설명하고 카프카를 설치하고 실행, 상태 확인하는 과정까지 단계별로 자세히 설명한다.

'2부, 기본 개념과 운영 가이드'
'3장, 카프카 디자인'에서는 분산 시스템, 페이지 캐시, 배치 처리로 대표되는 카프카의 특징과 함께 고성능, 고가용성으로 대변되는 카프카 리플리케이션의 개념, 리더와 팔로워의 역할을 다룬다. 또한 카프카에서 사용하는 필수 용어를 알아보고 카프카에서 사용하는 주키퍼의 지노드에 대해 알아본다.
'4장, 카프카 프로듀서'에서는 프로듀서의 주요 옵션을 알아보고, 콘솔 프로듀서, 자바와 파이썬 언어를 이용한 프로듀서 예제 코드를 실행해보고, 메시지 전송 방법으로서 동기 전송과 비동기 전송 방법에 대해 알아본다. 그 외에도 프로듀서의 옵션에 따라 손실 없이 메시지를 전송하는 방법도 자세히 살펴본다.
'5장, 카프카 컨슈머'에서는 컨슈머의 주요 옵션을 알아보고, 간단한 컨슈머를 직접 구현해보며 파티션 개수에 따라 메시지를 가져올 때의 주의사항과 자동 커밋, 수동 커밋과 오프셋에 대한 내용을 다룬다.
'6장, 카프카 운영 가이드'에서는 카프카를 운영하면서 반드시 알아둬야 하는 필수 카프카 명령어들과 카프카 모니터링 방법에 대해 자세히 살펴보고, 카프카를 좀 더 손쉽게 관리할 수 있는 GUI 관리도구인 카프카 매니저의 설치와 활용 방법도 알아본다. 카프카 운영에 대해 자주 묻는 질문과 답변도 정리해 실었다.

'3부, 카프카의 확장과 응용'
'7장, 카프카 활용'에서는 최근 많이 사용되고 있는 엘라스틱서치(Elasticsearch), 키바나(Kibana), 파일비트(Filebeat) 등을 활용해 실제로 메시지를 보내고, 가져오며, 저장한 후, 확인하는 방법까지 실제 예제를 통해 배워보며 아파치 나이파이(NiFi)를 이용해 데이터 파이프라인을 구성하는 예제까지 다룬다.
'8장 카프카 스트림즈 API'에서는 스트림 프로세싱의 개념을 알아보고, 스파크나 스톰과 같은 별도의 스트리밍 엔진 없이도 카프카를 이용해 실시간 분석을 수행할 수 있는 방법을 실전 예제와 함께 배워본다. 또한, 카프카 스트림즈 API를 이용해 파이프, 행 분리, 단어 빈도수 세기 프로그램도 만들어본다.
'9장, KSQL을 이용한 스트리밍 처리'에서는 KSQL의 등장 배경과 KSQL 아키텍처에 대해 자세히 알아보고, 별도의 앱을 개발하지 않고도 KSQL의 간단한 쿼리문만으로도 실시간 스트리밍 데이터로 다양한 분석이 가능한, KSQL을 이용한 스트림 분석 방법을 살펴본다.
'10장, 그 밖의 클라우드 기반 메시징 서비스'에서는 카프카를 사용하기 어려운 환경이나 직접 메시징 서비스를 운영하기 어려운 회사에서 카프카의 대안으로, 클라우드 기반의 메시징 서비스를 활용해볼 수 있도록 각 서비스의 개요, 연동, 사용 방법 등을 알아본다. 마지막으로, 카프카와 여타 클라우드 기반 메시징 서비스를 비교해본다.

'부록, 도커를 이용한 카프카 설치'에서는 카프카를 서버에 직접 설치하지 않고도 사용할 수 있는 방법으로, 최근 인기가 높은 도커(Docker)를 이용한 카프카 설치 방법을 리눅스, 맥, 윈도우 버전별로 살펴본다.

[이 책의 독자 대상]
- 카프카를 배우고자 하는 초보자부터 카프카를 직접 운영하는 관리자
- 데이터 표준화와 실시간 처리에 대해 고민하는 개발자
- 이벤트 소싱을 활용한 데이터 처리를 활용하려는 개발자
- 효율적으로 데이터를 수집하고 처리, 분석하기를 원하는 개발자
- 실시간 데이터 파이프라인을 구축하고 애플리케이션을 개발하는 아키텍트와 개발자
- 이벤트 기반 방식의 비동기 시스템 개발 업무를 맡은 모든 개발자

[이 책의 내용과 특징]
- 카프카의 탄생 배경과 동작 원리
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작가정보

저자(글) 고승범

저자 고승범
현재 카카오에 재직 중인 시스템 엔지니어로서 카카오와 관련된 여러 서비스를 지원하며 전사 공용 카프카와 래빗엠큐를 운영하고 있다. 새로운 것에 호기심이 많은 편이며 열심히 노력하는 엔지니어다. 팝잇(Popit.kr) 사이트의 저자로 활동 중이며 카프카 관련 연재 글을 연재하고 있다.

저자(글) 공용준

저자 공용준
국내 최대 메신저 회사에서 클라우드 서비스 개발 리딩을 맡고 있으며, 데이터 센터 자동화, 프라이빗/퍼블릭 클라우드 서비스와 그에 필요한 기술을 연구, 개발해서 실제 서비스에 적용하고 있다. 2015년에는 캐나다 밴쿠버에서 열린 오픈스택 서밋에서 국내 개발자 중 최초로 ‘SDN without SDN’이라는 제목으로 발표했고, 2016년(도쿄)과 2017년(몬트리얼) Netdev 컨퍼런스에서 역시 국내 최초로 확장가능한 컨테이너 네트워크에 대해 발표했다. 한국 데이터베이스 진흥원 자문위원, 클라우드컴퓨팅조합에서 멘토로도 활동 중이다.

작가의 말

수년 전부터 카카오에서는 각 서비스 부서별로 카프카를 데이터 파이프라인으로 사용하기 시작했습니다. 그러던 중 제가 속한 인프라팀에도 특정 서비스용 카프카 운영 제안이 들어왔고, '운명적으로' 순순히 제안을 수락한 저는 본격적으로 카프카 연구와 독학을 시작했습니다. 하지만 당시 인터넷 검색으로 찾을 수 있는 내용은 너무나 단순한 것들뿐이었고 대부분은 설치 과정이나 퀵스타트 가이드뿐이었습니다. 그렇게 카프카를 직접 하나씩 알아가며 실무에 적용하다 보니 고성능 카프카의 매력에 흠뻑 빠지게 되었습니다. 단순하게 팀 내에서만 카프카를 운영할 게 아니라, 사내에 부서별로 분산된 카프카를 통합하는 '전사 공용 카프카' 서비스를 운영하면 어떨까 하는 생각이 문득 들었고, 여러 주위 분들의 지원과 격려 속에 곧 실행에 옮겼습니다.
그렇게 혼자 카프카를 공부하고 현업에서 운영하면서 쌓아온 지식과 경험을 다른 개발자들과 함께 공유하면 좋을 것 같다는 생각이 들던 차에 동료의 추천으로 지식 공유 사이트인 팝잇(popit.kr)에 카프카 연재 글을 기고하게 되었고 이렇게 한 권의 책까지 쓰게 되었습니다. - 고승범(Peter)

현대의 컴퓨팅 아키텍처 디자인에서 가장 중요한 부분을 꼽으라면 아무래도 데이터 파이프라인이라고 하겠습니다. 여러 가상 리소스에서 나오는 데이터와, 이 리소스가 제공하는 서비스에서 생성되는 사용자의 활동 정보(클릭 수, 체류 시간, 장바구니, 구매 정보, 구매 시간 등)를 한곳으로 모아서 적절히 가공한 다음 사용자에게 적절한 정보를 제공하는 일은 꼭 요즘 유행하는 클라우드 플랫폼이 아니더라도 아주 중요한 일임에 틀림없습니다.
수년 동안 데이터 플랫폼을 만들면서 느꼈던 가장 어려운 점이라면, 매우 많은 데이터를 아주 민첩하게 받아들일 수 있고 고장감내성까지 지닌 소프트웨어 플랫폼을 만드는 일이었습니다. 파이프라이닝에서 일종의 척추 부분을 만드는 일이죠. 이런 목적의 솔루션을 이전에는 주키퍼만으로 만들었다가 성능이 기대에 미치지 못해 고민을 하고 있었는데, 카프카라는 오픈소스 솔루션을 알고 나서부터는 이 데이터 파이프라인을 만드는 일이 무척 쉬워졌습니다. 그때의 경험을 독자들과 함께 나누기 위해 이 책을 쓰게 되었습니다.
인공지능이든 자율주행차든 알고리즘으로 결정을 내리는 대부분의 장치는 외부의 정보를 모아서(Sense) 이 정보를 분석해 판단하고(Plan) 판단을 적용하는(Act) 일련의 과정으로 이어지는 흐름이 있습니다. 이 책은 특히, 데이터를 모으고 약간의 분석도 할 수 있도록 Sense-Plan 부분에 집중해서 쓰고자 했습니다. 클라우드상에서 데이터 분석을 통한 Plan-Act 부분이 궁금하다면 제 책 『클라우드 API를 활용한 빅데이터 분석』(에이콘출판, 2015)을 읽어 보시기를 추천합니다. - 공용준(Andrew)