Redis Hash와 Lua 스크립트로 잭팟 누적 구현하기

슬롯 게임의 잭팟 시스템을 들여다볼 기회가 생겼다. 구조를 파악하면서 "왜 여기서 Lua를 쓰지?"라는 질문이 생겼고, 그 이유를 이해하고 나서 기록으로 남긴다.

잭팟 시스템의 특성

프로그레시브 잭팟은 두 가지 사건이 교차하는 구조다.

• 누적: 슬롯이 돌아갈 때마다 베팅 금액의 일부가 잭팟 풀에 쌓인다. 초당 수십~수백 건의 업데이트가 발생한다.
• 당첨: 잭팟 조건이 충족되면, 누적된 금액 전체를 당첨자에게 지급하고 풀을 0으로 초기화한다.

이 두 사건이 동시에 일어날 수 있다는 점이 핵심이다. 누군가 당첨되는 순간에도 다른 사용자의 스핀이 계속 누적을 시도한다.

Redis Hash 구조

잭팟 풀은 Redis Hash로 관리한다.

Key: jackpotPoolKey (슬롯 게임별 풀 식별자)
Field: TBI:{totalBetIndex}_JL:{jackpotLevel}
Value: 누적 금액 (String)

하나의 슬롯 게임에 잭팟 레벨이 여러 개(Mini, Major, Grand 등)이고, 베팅 금액 단계별로도 독립 관리되기 때문에 Hash의 field로 구분하는 구조다.

초기화 시 HSETNX로 필드를 생성한다. 이미 있으면 건드리지 않는다.

hashOps.putIfAbsent(jackpotPoolKey, getJackpotHashKey(totalBetIndex, jackpotLevel), "0");

누적: HINCRBYFLOAT

스핀이 발생할 때마다 누적 금액을 더한다.

hashOps.increment(jackpotPoolKey, getJackpotHashKey(totalBetIndex, jackpotLevel), accumulateAmount);

Spring Data Redis의 increment는 내부적으로 HINCRBYFLOAT를 사용한다. Redis는 싱글 스레드로 명령어를 처리하므로, 여러 사용자가 동시에 누적을 시도해도 race condition 없이 안전하게 더해진다.

당첨: Lua 스크립트가 필요한 이유

문제는 당첨 처리다. "누적된 금액을 읽고, 0으로 초기화하고, 읽은 금액을 반환"하는 세 단계를 한 번에 해야 한다.

Hash 필드에는 GETDEL이 없다. String 타입에는 있지만 Hash에는 없다. 그래서 단순하게 구현하면 두 명령어가 된다.

HGET jackpotPoolKey field    ← 금액 읽기
HSET jackpotPoolKey field 0  ← 0으로 초기화

이 두 명령어 사이에 다른 스핀의 누적이 끼어들면, 초기화 직전에 쌓인 금액이 유실된다. 읽었을 때와 0으로 쓸 때 사이의 틈이 문제다.

Lua 스크립트는 이 두 명령어를 하나의 원자적 단위로 만든다. Redis는 Lua 스크립트 실행 중에 다른 명령어를 끼워 넣지 않는다.

-- findAndDecrementJackpot.lua
local amount = redis.call('HGET', KEYS[1], ARGV[1])
redis.call('HSET', KEYS[1], ARGV[1], 0)
 
if(amount == nil or amount == '') then
    return 0;
else
    return tonumber(amount);
end

Java 코드에서는 RedisScript로 등록해서 사용한다.

@Bean(name = "findAndDecrementJackpot")
public RedisScript<Long> findAndDecrementJackpot() {
    final Resource script = new ClassPathResource("redis-scripts/findAndDecrementJackpot.lua");
    return RedisScript.of(script, Long.class);
}

실행은 execute로 호출한다.

final Long accumulateAmount = getRedisTemplate().execute(
    findAndDecrementScript,
    Collections.singletonList(jackpotPoolKey),
    getJackpotHashKey(totalBetIndex, jackpotLevel)
);

KEYS[1]이 Hash의 key, ARGV[1]이 field가 된다.

시뮬레이터는 다르게 구현된다

시뮬레이터는 1억 스핀을 돌리는 용도라 Redis 연결 없이 인메모리에서 처리해야 한다. 동일한 ProgressiveJackpotRepository 인터페이스를 AtomicReference<Double> 기반으로 구현한 별도 클래스가 있다.

// 누적
atomic.updateAndGet(current -> current + accumulateAmount);
 
// 당첨
final Double accumulateAmount = atomic.getAndSet(0.0);

Redis의 HINCRBYFLOAT와 Lua 스크립트가 하는 역할을 JVM 수준에서 AtomicReference의 CAS 연산으로 대체한다.

인터페이스가 같으니 서비스 레이어는 어떤 구현체가 들어오는지 모른다. GameMode로 구현체를 선택한다.

Lua 스크립트의 원자성 한계

한 가지 주의할 점이 있다. Lua 스크립트의 원자성은 "다른 명령어가 끼어들지 못한다"는 격리성이지, RDBMS 트랜잭션처럼 all-or-nothing을 보장하지는 않는다.

스크립트 실행 도중 Redis 프로세스가 죽으면:

• HGET만 된 상태에서 죽었다면 데이터는 변경되지 않았다.
• HSET까지 됐는데 죽었다면, Redis 메모리에는 0으로 반영됐지만 AOF나 Replica에는 스크립트 전체가 기록되지 않을 수 있다.

롤백이 없다. 이 점을 인지하고 설계해야 한다. 잭팟 당첨 처리는 어떻게든 DB에도 기록되는 구조가 되어야 한다.

사용 기술

• Java 17, Spring Boot 3.x
• Spring Data Redis (RedisTemplate, RedisScript, HashOperations)
• Redis Hash (HSETNX, HINCRBYFLOAT, HGET, HSET)
• Lua Script (Redis 서버 사이드 원자적 실행)