feat: Redis 기반 알림 설정 캐시 추가

docs/04-experiment.md

@@ -264,6 +264,76 @@ Queue → Consumer 10개
 Concurrency 실험에서는 Prefetch를 250으로 고정하고 30 VU로 측정했으며,   
 Prefetch 실험에서는 Concurrency를 5로 고정하고 50 VU로 측정했다.
 
+### Experiment 4. Redis Preference Cache
+
+Notification 생성 시 사용자의 채널별 알림 허용 여부를 확인하기 위해   
+매 요청마다 MySQL의 `notification_preferences` 테이블을 조회하고 있었다.
+
+동일 사용자에게 반복적으로 알림이 발생하는 경우에도 Preference는 자주 변경되지 않기 때문에   
+동일한 DB 조회가 반복되는 문제가 있었다.
+
+이에 사용자별 활성화된 알림 채널을 Redis에 저장하는 Cache-Aside 구조를 적용했다.
+
+```text
+기존
+
+Notification 요청
+    ↓
+MySQL Preference 조회
+    ↓
+Delivery 생성
+```
+
+```text
+Redis Cache 적용
+
+Notification 요청
+    ↓
+Redis Preference 조회
+    ├─ HIT → 활성 Channel 사용
+    │
+    └─ MISS
+         ↓
+       MySQL 조회
+         ↓
+       Redis 저장
+```
+Redis Key는 사용자 단위로 구성했다.
+```text
+notification:preference:{userId}
+```
+Value에는 사용자가 활성화한 전체 Channel을 저장한다.
+```json
+{
+  "enabledChannels": ["PUSH", "EMAIL"]
+}
+```
+TTL은 30분으로 설정했다.   
+Preference 변경 시에는 DB를 먼저 갱신한 뒤 Redis Cache를 삭제한다.
+```text
+Preference 변경
+    ↓
+DB UPDATE + COMMIT
+    ↓
+Redis Cache Evict
+    ↓
+다음 Notification 요청
+    ↓
+Cache MISS
+    ↓
+DB 최신 Preference 조회
+    ↓
+Redis Cache 재구성
+```
+Redis 장애 시에는 Cache 조회와 저장 실패가 Notification 요청 실패로 전파되지 않도록   
+MySQL을 기준 데이터로 사용하는 DB Fallback 구조로 적용했다.
+
+성능 실험에서는 동일한 `userId`를 사용하면서   
+각 요청마다 새로운 `eventID`를 생성했다.
+
+이는 동일 `eventId` 사용 시 앞서 구현한 Dedup Cache가 요청을 먼저 처리하여   
+Preference 조회 로직 자체가 실행되지 않는 것을 방지하기 위함이다.
+
 ## 11. 개선 후 결과
 
 ### Experiment 1. Transaction Boundary 분리 결과
@@ -413,6 +483,26 @@ Worker 간 메시지 분배의 유연성도 낮아질 수 있다.
 <p>Prefetch 250</p>
 <img src="./images/prefetch-250.png">
 
+### Experiment 4. Redis Preference Cache 결과
+
+30 VU, 30초 동안 동일 사용자에게 새로운 `eventId`로 알림을 반복 생성했다.
+
+| 지표 | DB Preference 조회 | Redis Preference Cache | 변화 |
+|---|---:|---:|---:|
+| RPS | 180.51 | 513.69 | 2.85배 |
+| Avg | 164.96ms | 58.02ms | 64.8% 감소 |
+| Median | 104.91ms | 47.95ms | 54.3% 감소 |
+| p90 | 358.47ms | 99.91ms | 72.1% 감소 |
+| p95 | 455.88ms | 129.45ms | 71.6% 감소 |
+| Error Rate | 0% | 0% | 동일 |
+
+Redis Cache 적용 후 RPS는 180.51에서 513.69로 약 2.85배 증가했다.
+
+평균 응답 시간은 164.96ms에서 58.02ms로 약 64.8% 감소했으며,   
+p95는 455.88ms에서 129.45ms로 약 71.6% 감소했다.
+
+두 실험 모두 HTTP 요청 실패는 발생하지 않았다.
+
 ## 12. 결과 분석
 
 ### 12.1 DB Connection Pool 병목 확인
@@ -560,6 +650,38 @@ Consumer 처리량 향상으로 해석하지 않았으며,
 동일 프로세스의 CPU 및 DB Connection Pool 자원 경합과   
 로컬 테스트 환경의 변동이 영향을 주었을 가능성이 있다.
 
+### 12.8 Redis Preference Cache 적용 효과
+
+Cache 미적용 구조에서는 새로운 Notification 요청마다    
+사용자의 활성화된 알림 Channel을 MySQL에서 조회했다.
+
+Preference는 알림 요청 빈도에 비해 변경 빈도가 낮은 데이터이므로,   
+동일 사용자에게 알림 요청이 반복될수록 동일한 SELECT가 계속 발생했다.
+
+Redis Cache-Aside 적용 후에는 최초 Cache MISS 요청에서만 DB를 조회하고,   
+이후 요청에서는 Redis에 저장된 활성 Channel을 사용했다.
+
+30 VU 테스트에서 RPS는 180.51에서 513.69로 약 2.85배 증가했고,   
+p95는 455.88ms에서 129.45ms로 약 71.6% 감소했다.
+
+단, Redis Cache가 Notification 생성 자체를 제거하느 ㄴ것은 아니다.
+
+각 요청마다 여전히 다음 작업은 수행된다.
+
+- Notification INSERT
+- Delivery INSERT
+- Outbox INSERT
+
+따라서 이번 개선은 알림 생성 자체를 캐싱한 것이 아니라,   
+반복적으로 발생하던 Preference 조회 경로를 Redis로 전환하여   
+MySQL 조회 부하와 Connection 점유를 줄인 결과로 해석했다.
+
+또한 Preference 변경 시에는 DB 갱신 이후 Cache를 삭제하여   
+다음 요청에서 최신 DB 값을 다시 Cache에 저장하도록 했다.
+
+Redis 장애 시에는 DB Fallback을 수행하므로   
+Cache 장애가 Notification API 실패로 직접 전파되지 않도록 구성했다.
+
 ## 13. Platform Thread와 Virtual Thread 비교
 
 실제 블로킹 I/O가 존재하는 경우 반드시 수행한다.

k6/notification-preference-cache.js

@@ -0,0 +1,36 @@
+import http from 'k6/http';
+import { check } from 'k6';
+
+export const options = {
+    vus: 30,
+    duration: '30s',
+};
+
+export default function () {
+
+    // 모든 요청마다 새로운 eventId
+    const eventId =
+        `preference-perf-${__VU}-${__ITER}-${Date.now()}`;
+
+    const payload = JSON.stringify({
+        eventId: eventId,
+        userId: 1,
+        channels: ['EMAIL'],
+    });
+
+    const params = {
+        headers: {
+            'Content-Type': 'application/json',
+        },
+    };
+
+    const response = http.post(
+        'http://localhost:8080/api/v1/notifications',
+        payload,
+        params
+    );
+
+    check(response, {
+        'status is 202': (r) => r.status === 202,
+    });
+}

src/main/java/com/backendsystemdesignlab/notification/notification/service/NotificationTransactionService.java

@@ -11,11 +11,11 @@
 import com.backendsystemdesignlab.notification.notification.repository.NotificationRepository;
 import com.backendsystemdesignlab.notification.outbox.OutboxEvent;
 import com.backendsystemdesignlab.notification.outbox.OutboxEventRepository;
+import com.backendsystemdesignlab.notification.preference.NotificationPreferenceService;
 import com.backendsystemdesignlab.notification.user.domain.NotificationChannel;
 import com.backendsystemdesignlab.notification.user.domain.NotificationPreference;
 import com.backendsystemdesignlab.notification.user.domain.User;
 import com.backendsystemdesignlab.notification.user.domain.UserDevice;
-import com.backendsystemdesignlab.notification.user.repository.NotificationPreferenceRepository;
 import com.backendsystemdesignlab.notification.user.repository.UserDeviceRepository;
 import com.backendsystemdesignlab.notification.user.repository.UserRepository;
 import lombok.RequiredArgsConstructor;
@@ -31,7 +31,7 @@ public class NotificationTransactionService {
 
     private final UserRepository userRepository;
     private final UserDeviceRepository userDeviceRepository;
-    private final NotificationPreferenceRepository preferenceRepository;
+    private final NotificationPreferenceService preferenceService;
     private final NotificationRepository notificationRepository;
     private final NotificationDeliveryRepository deliveryRepository;
     private final OutboxEventRepository outboxEventRepository;
@@ -55,10 +55,7 @@ public PreparedNotification prepare(SendNotificationRequest request) {
         User user = userRepository.findById(request.userId())
                 .orElseThrow(() -> new IllegalArgumentException("사용자를 찾을 수 없습니다."));
 
-        Set<NotificationChannel> enabledChannels = preferenceRepository.findAllByUserIdAndEnabledTrue(user.getId())
-                .stream()
-                .map(NotificationPreference::getChannel)
-                .collect(Collectors.toSet());
+        Set<NotificationChannel> enabledChannels = preferenceService.getEnabledChannels(user.getId());
 
         Notification notification = notificationRepository.save(new Notification(request.eventId(), user));
 

src/main/java/com/backendsystemdesignlab/notification/preference/NotificationPreferenceCache.java

@@ -0,0 +1,69 @@
+package com.backendsystemdesignlab.notification.preference;
+
+import com.backendsystemdesignlab.notification.user.domain.NotificationChannel;
+import lombok.RequiredArgsConstructor;
+import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
+import org.springframework.dao.DataAccessException;
+import org.springframework.data.redis.core.StringRedisTemplate;
+import org.springframework.stereotype.Component;
+import tools.jackson.core.JacksonException;
+import tools.jackson.databind.ObjectMapper;
+
+import java.time.Duration;
+import java.util.Optional;
+import java.util.Set;
+
+@Component
+@RequiredArgsConstructor
+@Slf4j
+public class NotificationPreferenceCache {
+
+    private static final String KEY_PREFIX = "notification:preference:";
+    private static final Duration TTL = Duration.ofMinutes(30);
+    private final StringRedisTemplate redisTemplate;
+    private final ObjectMapper objectMapper;
+
+    public Optional<Set<NotificationChannel>> find(Long userId) {
+
+        try {
+            String value = redisTemplate.opsForValue().get(KEY_PREFIX + userId);
+
+            if (value == null) {
+                log.debug("[Preference Cache MISS] userId={}", userId);
+                return Optional.empty();
+            }
+
+            PreferenceCacheValue cached =  objectMapper.readValue(value, PreferenceCacheValue.class);
+            log.debug("[Preference Cache HIT] userId={}", userId);
+            return Optional.of(cached.enabledChannels());
+        } catch (DataAccessException e) {
+            log.warn("[Preference Cache ERROR] Redis 조회 실패. DB Fallback. userId={}", userId);
+            return Optional.empty();
+        } catch (JacksonException e) {
+            log.warn("[Preference Cache ERROR] 역직렬화 실패. DB Fallback. userId={}", userId);
+            return Optional.empty();
+        }
+    }
+
+    public void save(Long userId, Set<NotificationChannel> enabledChannels) {
+
+        try {
+            PreferenceCacheValue value = new PreferenceCacheValue(enabledChannels);
+            String json = objectMapper.writeValueAsString(value);
+            redisTemplate.opsForValue().set(KEY_PREFIX + userId, json, TTL);
+        } catch (DataAccessException e) {
+            log.warn("[Preference Cache ERROR] Redis 저장 실패. userId={}", userId);
+        } catch (JacksonException e) {
+            log.warn("[Preference Cache ERROR] 직렬화 실패. userId={}", userId);
+        }
+    }
+
+    public void evict(Long userId) {
+
+        try {
+            redisTemplate.delete(KEY_PREFIX + userId);
+        } catch (DataAccessException e) {
+            log.warn("[Preference Cache] Redis 삭제 실패. userId={}", userId);
+        }
+    }
+}

src/main/java/com/backendsystemdesignlab/notification/preference/NotificationPreferenceController.java

@@ -0,0 +1,20 @@
+package com.backendsystemdesignlab.notification.preference;
+
+import com.backendsystemdesignlab.notification.user.domain.NotificationChannel;
+import lombok.RequiredArgsConstructor;
+import org.springframework.http.ResponseEntity;
+import org.springframework.web.bind.annotation.*;
+
+@RestController
+@RequiredArgsConstructor
+@RequestMapping("/api/v1/users")
+public class NotificationPreferenceController {
+
+    private final NotificationPreferenceService preferenceService;
+
+    @PatchMapping("/{userId}/notification-preferences/{channel}")
+    public ResponseEntity<Void> update(@PathVariable Long userId, @PathVariable NotificationChannel channel, @RequestBody UpdatePreferenceRequest request) {
+        preferenceService.updatePreference(userId, channel, request.enabled());
+        return ResponseEntity.noContent().build();
+    }
+}

src/main/java/com/backendsystemdesignlab/notification/preference/NotificationPreferenceService.java

@@ -0,0 +1,41 @@
+package com.backendsystemdesignlab.notification.preference;
+
+import com.backendsystemdesignlab.notification.user.domain.NotificationChannel;
+import com.backendsystemdesignlab.notification.user.domain.NotificationPreference;
+import com.backendsystemdesignlab.notification.user.repository.NotificationPreferenceRepository;
+import lombok.RequiredArgsConstructor;
+import org.springframework.stereotype.Service;
+
+import java.util.Set;
+import java.util.stream.Collectors;
+
+@Service
+@RequiredArgsConstructor
+public class NotificationPreferenceService {
+
+    private final NotificationPreferenceRepository preferenceRepository;
+    private final NotificationPreferenceCache preferenceCache;
+    private final NotificationPreferenceTransactionService transactionService;
+
+    public Set<NotificationChannel> getEnabledChannels(Long userId) {
+        var cached = preferenceCache.find(userId);
+
+        if (cached.isPresent()) {
+            return cached.get();
+        }
+
+        // DB Fallback
+        Set<NotificationChannel> enabledChannels = preferenceRepository.findAllByUserIdAndEnabledTrue(userId)
+                .stream()
+                .map(NotificationPreference::getChannel)
+                .collect(Collectors.toSet());
+
+        preferenceCache.save(userId, enabledChannels);
+        return enabledChannels;
+    }
+
+    public void updatePreference(Long userId, NotificationChannel channel, boolean enabled) {
+        transactionService.update(userId, channel, enabled);
+        preferenceCache.evict(userId);
+    }
+}

src/main/java/com/backendsystemdesignlab/notification/preference/NotificationPreferenceTransactionService.java

@@ -0,0 +1,22 @@
+package com.backendsystemdesignlab.notification.preference;
+
+import com.backendsystemdesignlab.notification.user.domain.NotificationChannel;
+import com.backendsystemdesignlab.notification.user.domain.NotificationPreference;
+import com.backendsystemdesignlab.notification.user.repository.NotificationPreferenceRepository;
+import lombok.RequiredArgsConstructor;
+import org.springframework.stereotype.Service;
+import org.springframework.transaction.annotation.Transactional;
+
+@Service
+@RequiredArgsConstructor
+public class NotificationPreferenceTransactionService {
+
+    private final NotificationPreferenceRepository preferenceRepository;
+
+    @Transactional
+    public void update(Long userId, NotificationChannel channel, boolean enabled) {
+        NotificationPreference preference = preferenceRepository.findByUserIdAndChannel(userId, channel)
+                .orElseThrow(() -> new IllegalArgumentException("알림 설정을 찾을 수 없습니다."));
+        preference.changeEnabled(enabled);
+    }
+}

src/main/java/com/backendsystemdesignlab/notification/preference/PreferenceCacheValue.java

@@ -0,0 +1,10 @@
+package com.backendsystemdesignlab.notification.preference;
+
+import com.backendsystemdesignlab.notification.user.domain.NotificationChannel;
+
+import java.util.Set;
+
+public record PreferenceCacheValue(
+        Set<NotificationChannel> enabledChannels
+) {
+}

src/main/java/com/backendsystemdesignlab/notification/preference/UpdatePreferenceRequest.java

@@ -0,0 +1,6 @@
+package com.backendsystemdesignlab.notification.preference;
+
+public record UpdatePreferenceRequest(
+        boolean enabled
+) {
+}

src/main/java/com/backendsystemdesignlab/notification/user/domain/NotificationPreference.java

@@ -52,4 +52,8 @@ public NotificationChannel getChannel() {
     public boolean isEnabled() {
         return enabled;
     }
+
+    public void changeEnabled(boolean enabled) {
+        this.enabled = enabled;
+    }
 }