[DB] Cassandra: LSM-tree, quorum, eventually consistent

2026년 6월 25일 · 수정 2026년 6월 25일 · 📖 약 2분 · 506자/단어 #cassandra #nosql #distributed #lsm-tree #database

정의

Apache Cassandra = 마스터리스 (peer-to-peer) 분산 KV 스토어. write 우선, eventually consistent, 수평 무한 확장. 2008 Facebook 의 Dynamo + BigTable 결합.

ScyllaDB = Cassandra 호환 C++ 재구현. 10x throughput.

핵심 특성

	Cassandra
토폴로지	peer-to-peer (master 없음)
일관성	튜닝 가능 (per query)
스토리지	LSM-tree (write-optimized)
쿼리 언어	CQL (SQL-like)
인덱스	primary key + secondary (제한)
Join	없음
트랜잭션	제한적 (LWT, lightweight transaction)

LSM-Tree (Log-Structured Merge-Tree)

flowchart TB
    Write[Write] --> CommitLog["Commit Log<br/>(WAL)"]
    Write --> Memtable["Memtable<br/>(메모리)"]
    Memtable -.flush.-> SST1[SSTable L0]
    SST1 -.compact.-> SST2[SSTable L1]
    SST2 -.compact.-> SST3[SSTable L2]
    SST3 -.compact.-> SST4[SSTable L3]

컴포넌트	의미
Commit Log	WAL (crash recovery)
Memtable	메모리 정렬 자료
SSTable	불변 정렬 파일 (디스크)
Compaction	SSTable 들을 큰 SSTable 로 병합

외부 정렬 머지의 일반 직관. LSM-tree 의 compaction 도 level 들을 순차 머지.

LSM vs B-tree

항목	B-tree	LSM
Write	in-place (random)	append (sequential)
Read	1 lookup	여러 SSTable 검색
Write amplification	작음	큼 (compaction)
Read amplification	작음	큼
적합	OLTP read-heavy	write-heavy, log-like

클러스터 토폴로지

flowchart LR
    subgraph Ring[Token Ring]
        N1[Node A<br/>token 0]
        N2[Node B<br/>token 1/3]
        N3[Node C<br/>token 2/3]
    end
    N1 --- N2 --- N3 --- N1
    Key1[hash key=42] -->|시계방향| N2

consistent hashing ring.
N 개 노드, Replication Factor (RF) 만큼 복제.
전체가 peer. master 없음.

Consistency Level (per query)

Level	의미
`ANY`	어떤 노드라도 응답 (write)
`ONE`	1 노드 응답
`TWO`, `THREE`	2 / 3 노드
`QUORUM`	과반 (RF/2 + 1)
`LOCAL_QUORUM`	같은 DC 안 과반
`EACH_QUORUM`	모든 DC 의 과반
`ALL`	모든 replica

Quorum 의 W + R > N 조건

flowchart LR
    Write[W = QUORUM] --> N[RF = 3]
    Read[R = QUORUM]
    Cond["W + R > N → 항상 최신 read"]
    Write --> Cond
    Read --> Cond

RF = 3, W = QUORUM (2), R = QUORUM (2). W + R = 4 > 3 → 최소 1 노드는 양쪽 모두 봄 → strong consistency.

Read Path

sequenceDiagram
    Client->>Coord: SELECT
    Coord->>R1: read
    Coord->>R2: read
    par 응답 대기
        R1-->>Coord: v1 (ts=100)
        R2-->>Coord: v2 (ts=110)
    end
    Coord->>Coord: 최신 (ts=110) 반환
    Coord->>R1: read repair (백그라운드)

Last-write-wins by timestamp. 시계 어긋남 이 데이터 정정 의 함정.

CQL (Cassandra Query Language)

CREATE KEYSPACE shop
  WITH replication = { 'class': 'NetworkTopologyStrategy', 'dc1': 3 };

CREATE TABLE orders (
  user_id UUID,
  order_id TIMEUUID,
  total INT,
  status TEXT,
  PRIMARY KEY (user_id, order_id)
) WITH CLUSTERING ORDER BY (order_id DESC);

-- partition key = user_id, clustering key = order_id
SELECT * FROM orders WHERE user_id = ? AND order_id > ?;
INSERT INTO orders (user_id, order_id, total, status)
  VALUES (?, now(), ?, ?);

키	의미
Partition Key	partition (노드) 결정
Clustering Key	partition 안의 정렬

LWT (Lightweight Transaction)

INSERT INTO users (id, email) VALUES (?, ?) IF NOT EXISTS;
UPDATE users SET email = ? WHERE id = ? IF email = ?;

Paxos 기반. 4 round-trip.
느림. 가끔만 사용.

적합 / 부적합

flowchart TD
    Q{사용 패턴}
    Q --> Good[적합]
    Q --> Bad[부적합]
    Good --> G1[Write-heavy log]
    Good --> G2[Time-series]
    Good --> G3[IoT telemetry]
    Good --> G4[수십 TB 데이터]
    Bad --> B1[복잡한 ad-hoc 쿼리]
    Bad --> B2[강한 트랜잭션]
    Bad --> B3[Join 많음]
    Bad --> B4[작은 데이터셋]

흔한 함정

WARNING

Secondary index 남용 = 거의 항상 전체 노드 fan-out. 모든 access pattern 에 전용 테이블.
Tombstone (삭제 마커) 누적 = 압축 안 되면 read 폭증. gc_grace_seconds + 정기 repair.
Cross-partition query = 비싸다. partition key 디자인이 결정적.
Strong consistency 기대 = QUORUM 으로도 시계 어긋남 시 잘못된 결과. NTP + 보수적 timestamp.