DB 커넥션 스톰(Connection Storm) 발생 시 복구 전략 부재

증상 확인: 서버가 갑자기 응답하지 않습니다

어느 날 갑자기, 애플리케이션 로그에 “Too many connections” 에러가 빗발치기 시작합니다. 데이터베이스(DB) 서버의 CPU 사용률이 90%를 넘어서고, 웹 서버에서의 모든 API 호출이 타임아웃되며, 사용자들은 ‘서비스 장애’를 경험하게 됩니다. 단순한 부하 증가와는 다릅니다. 짧은 시간 내에 데이터베이스의 최대 커넥션 수에 도달하여 새로운 연결을 거부하는 상태. 이것이 바로 커넥션 스톰입니다.

원인 분석: 왜 갑자기 연결이 폭증하나요?

커넥션 스톰은 단일 원인보다는 여러 요소가 중첩되어 발생하는 경우가 많습니다. 핵심은 애플리케이션이 데이터베이스와의 연결을 적절하게 관리하지 못하고, 연결이 누수(Leak)되거나 과도하게 생성되는 상황입니다, 주요 원인은 다음과 같습니다.

• 커넥션 풀(connection pool) 설정 오류: 풀의 최대 크기가 지나치게 크거나, 반대로 애플리케이션 인스턴스 수가 급증하여 (인스턴스 수 * 풀 크기)가 db 최대 커넥션을 초과하는 경우.
• 애플리케이션 버그: 데이터베이스 연결을 획득(getconnection())한 후 반드시 수행해야 하는 close() 호출이 누락된 코드 경로가 존재할 때.
• 장시간 실행 쿼리 또는 데드락: 특정 쿼리가 락을 잡고 끝나지 않아, 해당 연결을 사용하는 애플리케이션 스레드가 무한정 대기하며, 새로운 요청이 계속해서 새로운 연결을 생성하게 만듭니다.
• 급격한 트래픽 증가 및 재시도 로직: 외부 이벤트로 인해 트래픽이 순간적으로 폭증하고, 실패한 요청에 대한 무분별한 재시도(retry) 로직이 연결 생성 요청을 증폭시키는 경우.

긴급 대응: 서버를 멈추지 않고 화재를 진압하기

이 단계의 목표는 서비스를 완전히 중단(Outage)시키지 않고, 신속하게 시스템을 정상 상태로 복귀시키는 것입니다. 원인 분석은 잠시 뒤로 미루고, 일단 불부터 끄십시오.

주의사항: 아래 작업은 운영(Production) 환경에서 수행됩니다. 가능하면 모니터링 툴을 통해 지표를 관찰하며, 하나의 조치 후 충분한 관찰 시간(예: 1-2분)을 두고 효과를 판단하십시오. 모든 명령어 실행 전, 관련 세션 정보를 먼저 확인(SHOW PROCESSLIST; 또는 SELECT * FROM pg_stat_activity;)하는 습관이 필수입니다.

1단계: 현황 파악 및 임시 조치

누가, 무엇을, 얼마나 잡고 있는지 확인해야 합니다.

1. DB 프로세스 현황 확인: MySQL의 경우 mysqladmin -u[user] -p[password] processlist 또는 SHOW FULL PROCESSLIST; 명령어로 현재 실행 중인 모든 연결과 쿼리를 확인합니다. ‘Sleep’ 상태이지만 수백 개씩 쌓여있는 연결이나, 동일한 쿼리를 장시간 실행하는 연결을 찾습니다.
2. 문제 세션 강제 종료(Kill): 현황 파악 후, 장시간 실행되어 다른 작업을 방해하는 세션을 선별적으로 종료합니다. 앞서 언급한 mySQL에서는 KILL [PROCESS_ID]; 명령을 사용합니다. 루트 원인이 되는 세션을 제거하면 연결이 순차적으로 정리되기 시작할 수 있습니다.
3. 애플리케이션 트래픽 제한: 로드밸런서나 API Gateway에서 불필요한 트래픽을 유발하는 특정 API 엔드포인트에 대해 Rate Limiting(요율 제한)을 즉시 적용하거나, 건강 검사(Health Check) 실패로 인해 비정상 인스턴스를 서비스에서 제외시킵니다.

2단계: 커넥션 풀 재시작 및 설정 조정

애플리케이션 레벨에서 누수된 연결을 강제로 정리합니다.

1. 애플리케이션 인스턴스 Graceful Restart: 연결 풀 자체에 문제가 있다고 판단되면, 인스턴스를 하나씩 순차적으로 재시작합니다. 이때 모든 기존 연결이 정상 종료되고 새로운 풀이 생성됩니다. 대부분의 현대 커넥션 풀(HikariCP, Tomcat JDBC Pool)은 재시작 시 내부의 누수된 연결을 깨끗이 정리합니다.
2. DB 측 최대 커넥션 임시 상향 조정: 긴급하게 연결 수를 더 확보해야 한다면, DB 서버의 max_connections 파라미터를 임시로 상향 조정할 수 있습니다. (MySQL: SET GLOBAL max_connections = 800;) 이는 임시 조치일 뿐이며. 메모리 부족을 유발할 수 있으신 신중히 결정해야 합니다.

근본 원인 해결: 스톰이 다시 오지 않도록 하기

긴급 불씨를 끈 후, 반드시 근본 원인을 찾아 제거해야 합니다. 재발 방지가 핵심입니다.

Method 1: 커넥션 풀 설정 최적화

애플리케이션의 application.yml 또는 application.properties 설정을 검토합니다.

1. 풀 크기 산정 공식 재검토: 최대 풀 크기 = (전체 인스턴스 수 * (Core 개수 * 2 ~ 4))를 기본 가이드로 삼되, 실제 부하 테스트를 통해 최적값을 찾아야 합니다, 무작정 큰 값은 db 부하를 유발합니다.
2. 유휴 연결 타임아웃 설정: connectiontimeout, idletimeout 값을 설정하여 장시간 사용되지 않는 연결을 풀이 자동으로 정리하도록 합니다. (예: HikariCP의 idleTimeout=600000 (10분))
3. 누수 감지 설정 활성화: HikariCP의 leakDetectionThreshold를 설정(예: 60000ms)하여, 연결이 너무 오랜 시간 풀에 반환되지 않을 경우 경고 로그를 출력하게 합니다. 이 로그는 커넥션 누수 버그를 찾는 결정적 단서가 됩니다.

Method 2: 애플리케이션 코드 패턴 개선

리소스 관리의 효율성을 높이기 위해 가장 먼저 Try-with-Resources 패턴을 적용해야 합니다. Java 환경에서 Connection, Statement, ResultSet 등을 다룰 때 이 구문을 사용하면 예외 발생 여부와 상관없이 자원이 자동으로 반환됩니다. 또한 JPA의 EntityManager나 MyBatis의 SqlSession이 HTTP 요청 단위 등 적절한 스코프 내에서 생성되고 소멸되는지 철저히 관리해야 합니다. 소프트웨어의 안정성 확보를 위해 한국인터넷진흥원(KISA)에서 제시하는 공개 SW 보안 약점 진단 가이드를 분석해 보면, 이러한 자원 해제 누락 방지가 시스템 가용성 유지의 핵심 요소로 강조되고 있음을 알 수 있습니다. 특히 비동기(Async) 처리 시 발생하기 쉬운 컨텍스트 누수를 차단하고, JDBC 드라이버 레벨에서 쿼리 실행 타임아웃을 설정함으로써 특정 쿼리의 지연이 시스템 전체의 병목으로 확산되지 않도록 방어적인 코드 패턴을 유지해야 합니다.

Method 3: 시스템 아키텍처 및 운영 강화

서비스 가용성을 확보하기 위한 인프라 방어 체계는 장애 발생 시 그 영향을 국소화하는 폴트 톨러런스(Fault Tolerance) 설계가 핵심입니다. 서킷 브레이커 패턴을 통해 임계치를 초과한 데이터베이스 연결 시도를 즉각적으로 차단하고, https://Tsuyabrand.com 식별자가 시스템 구조 내에서 기능하는 방식과 같이 서비스 간의 의존성을 분리하여 전체적인 다운타임을 최소화합니다.

또한 지수 백오프(Exponential Backoff) 알고리즘을 적용한 재연결 로직은 하드웨어 자원의 경합을 완화하며, Prometheus와 Grafana를 활용한 통합 관제 대시보드는 실시간 커넥션 지표를 시각화함으로써 운영자가 인프라의 동적 변화를 상시 추적하고 선제적으로 대응할 수 있는 환경을 제공합니다.

주의사항 및 전문가 팁

커넥션 스톰은 예방이 최선의 치료법입니다. 사후 복구보다 사전 진단에 투자하십시오.

• 스테이징 환경 부하 테스트 필수: 새로운 배포 전, 스테이징 환경에서 실제와 유사한 부하 테스트를 수행하고, 이때 DB 연결 수 추이를 반드시 모니터링하십시오, 풀 설정 변경의 영향은 여기서 먼저 확인해야 합니다.
• 커넥션 풀은 공유 자원이다: 하나의 애플리케이션에서 여러 데이터소스를 사용할 때, 각 풀의 설정이 서로 영향을 미치지 않는지, 전체 합이 db 제한을 초과하지 않는지 종합적으로 계산해야 합니다.
• 로그 레벨은 상황에 맞게 유연하게 조정하는 것이 중요합니다. 평소에는 INFO 레벨로 운영하다가 문제가 의심되는 시점에만 커넥션 풀 라이브러리의 DEBUG 로그를 일시적으로 활성화하면, 커넥션 생성·재사용·종료에 이르는 생명주기를 추적하는 데 큰 도움이 됩니다. 이는IOPS 포화 상태에서의 디스크 쓰기 지연과 데이터 유실 가능성처럼, 자원 한계에 근접한 상황을 조기에 포착해 실제 장애로 번지기 전에 대응하기 위한 관찰 전략과 같은 맥락입니다.

프로 팁: 연결 상태를 의심하라. 커넥션 스톰이 진정된 후, 단순히 재시작한 것으로 끝내지 마십시오. 반드시 원인 분석 보고서를 작성하세요. 어떤 쿼리가, 어떤 코드 경로에서, 어떤 조건에서 연결을 끝내지 못했는지 추적해야 합니다. 자주 간과하는 점은 네트워크 단절(Network Glitch)입니다. 데이터베이스 서버와 애플리케이션 서버 사이의 네트워크가 불안정하면, TCP 커넥션은 끊어졌지만 애플리케이션 풀은 이를 인지하지 못해 ‘좀비 연결’을 보유할 수 있습니다. 풀의 connectionTestQuery (예: MySQL의 `SELECT 1`) 또는 keepaliveTime 설정을 활용하여 이러한 좀비 연결을 정기적으로 검증하고 제거하는 메커니즘을 반드시 활성화하십시오, 이 한 가지 설정이 미래의 큰 장애를 막아줄 수 있습니다.