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# Redis 캐시 한 요청의 전 생애: Generation·Envelope·Soft/Hard TTL
> **Redis 코드 상세 시리즈 13/20** · [전체 지도](./redis-backend-policy-boundary.md) · 이전: [Timeout 뒤 쓰였는지 모를 때: Executor와 실행 확실성 모델](./redis-execution-failure-certainty.md) · 다음: [세 가지 Redis Rate Limit Lua를 코드로 추적하기](./redis-rate-limit-code-walkthrough.md)
`ca-skeleton.capabilities.cache.bindings.default=redis`로 켠 애플리케이션에서 캐시 조회 한 번이 어디에서 시작해 어떤 Redis 명령을 거치고 언제 원본 저장소로 내려가는지를 코드로 따라간 기록입니다. Redis와 Spring은 알지만 이 저장소의 캐시 코드는 처음 보는 분을 대상으로 합니다. Spring이 조립하는 `CacheRegionPort<String, byte[]>` 빈과 애플리케이션 쪽 `CacheAsideExecutor`를 함께 읽습니다.
값 하나를 감싸는 봉투와 리전 세대를 먼저 정의하고, 빈이 만들어지는 조건, 조회 한 번의 호출 순서, 무효화, 갱신과 실패 분기, 테스트가 고정한 범위 순서로 살펴보겠습니다.
## 값을 감싸는 봉투와 리전 세대
`CacheEnvelope`는 캐시에 넣을 값을 그대로 저장하지 않고 앞에 머리말을 붙여 감싸는 형식입니다. 머리말과 페이로드는 `|` 경계 여섯 개로 나뉘고, 스키마 버전·원본 리비전·세대·소프트 만료 시각·하드 만료 시각·부재 표시가 차례로 들어간 뒤 마지막에 페이로드 바이트가 옵니다. 두 만료 시각은 절대 에폭 밀리초로 적습니다. 현행 스키마는 v1입니다. [`CacheEnvelope`](src/adapter/outbound/cache-redis/src/main/java/dev/caskeleton/adapter/outbound/cache/redis/cache/CacheEnvelope.java:29), [`CacheEnvelope.encode`](src/adapter/outbound/cache-redis/src/main/java/dev/caskeleton/adapter/outbound/cache/redis/cache/CacheEnvelope.java:104)
세대(generation)는 리전마다 Redis에 두는 카운터입니다. 값을 기록할 때 그 시점의 세대를 봉투에 함께 적어 두고, 나중에 읽을 때 봉투의 세대가 현재 세대와 다르면 그 값을 지나간 값으로 처리합니다.
만료는 두 단계로 나뉩니다. 소프트 TTL이 지나면 값은 아직 남아 있되 갱신 후보가 되고, 하드 TTL이 지나면 만료로 처리됩니다. 이 글에서는 소프트와 하드 사이에 있는 값을 '묵은 값'이라고 부르겠습니다. 원본에 값이 없다는 사실 자체를 적어 두는 항목은 부재 표시를 켜서 기록하고, 여기에는 별도의 네거티브 TTL을 씁니다.
기본값은 소프트 TTL 30초, 하드 TTL 5분, 네거티브 TTL 10초, 명령 타임아웃 200ms입니다. 시작 시점에 `positiveSoftTtl <= positiveHardTtl`, 설정된 하드 TTL 하한, 양수 명령 타임아웃, 양수 키 버전을 검사합니다. [`RedisCapabilitySettings.Cache.validate`](src/app-bootstrap/src/main/java/dev/caskeleton/bootstrap/redis/RedisCapabilitySettings.java:70)
## 캐시 리전 빈이 만들어지는 조건
전역 `app.redis.enabled=true`이고 기본 캐시 바인딩이 `redis`일 때만 `redisDefaultCacheRegion` 빈이 생깁니다. 이 메서드는 `RedisRuntimeOwner`, 네임스페이스, 캐시 설정, `Secret`, `Clock`을 받아 캐시 설정을 검증하고, 공통 `app.redis.namespace` 아래의 `CacheKeys`를 만든 다음, `RedisCacheRegionAdapter` 생성자에 넘겨 `CacheRegionPort<String, byte[]>` 빈을 내놓습니다. [`RedisCapabilityConfig.redisDefaultCacheRegion`](src/app-bootstrap/src/main/java/dev/caskeleton/bootstrap/redis/RedisCapabilityConfig.java:95)
`CacheRegionPort`는 애플리케이션이 넘긴 원래 키와 값을 받아 조회·기록·무효화 결과를 타입으로 구분해 돌려주는 계약입니다. 실제 동작은 공급자 어댑터가 맡습니다. [`CacheRegionPort`](src/application-core/src/main/java/dev/caskeleton/application/cache/CacheRegionPort.java:7)
Redis 키에는 원래 키가 들어가지 않습니다. 빈을 만들 때 원래 키를 `HMAC-SHA-256`으로 바꾸는 함수를 함께 주입하는데, 해시 재료에 환경·서비스·도메인이 같이 들어가기 때문에 같은 식별자라도 네임스페이스가 다르면 다이제스트도 달라집니다. 출력은 `hv1:<hex>`입니다. [`KeyDigest.of`와 `of`](src/app-bootstrap/src/main/java/dev/caskeleton/bootstrap/redis/RedisCapabilityConfig.java:312) 실제로 Redis에 들어가는 항목 키는 공통 네임스페이스, `cache` 기능 이름, 키 배치 버전, 리전, 다이제스트를 이어 붙여 만듭니다. [`CacheKeys.entryKey`](src/adapter/outbound/cache-redis/src/main/java/dev/caskeleton/adapter/outbound/cache/redis/cache/RedisCacheRegionAdapter.java:383)
`CacheAsideExecutor`는 생성 시점에 리전별 정책으로 `CacheSingleFlight``CacheSourceBulkhead`를 만듭니다. 둘 다 프로세스 안에서만 돕니다. 2인자 생성자는 갱신 조정자를 주입하지 않고, 4인자 생성자만 조정자와 `CacheRefreshCoordinationPolicy`를 받습니다. [`CacheAsideExecutor` 생성자](src/application-core/src/main/java/dev/caskeleton/application/cache/CacheAsideExecutor.java:25)
Redis 조회와 기록은 여기까지 운영 빈으로 조립됩니다. [`RedisCapabilityCompositionTest.cacheBindingComposesTheCacheRegion`](src/app-bootstrap/src/test/java/dev/caskeleton/bootstrap/redis/RedisCapabilityCompositionTest.java:67)은 Redis에 연결하지 않고 캐시 빈이 한 개만 생기는지를 검사합니다. 다만 이 빈과 `CacheAsideExecutor`를 묶어 실제 유스케이스에 주입하는 운영 조립은 찾지 못했으므로, 아래 호출 순서는 두 클래스를 이어 읽은 결과입니다.
## 조회 한 번의 호출 순서
```mermaid
sequenceDiagram
participant U as Use case
participant E as CacheAsideExecutor
participant C as RedisCacheRegionAdapter
participant R as Redis
participant S as Source loader
U->>E: getOrLoad(key, region, loader)
E->>C: lookup(key)
opt 이 CacheKeys의 generation이 unresolved
C->>R: INCRBY generation 0
end
C->>R: GET entryKey(HMAC(key))
alt fresh 또는 negative hit
C-->>E: Hit / NegativeHit
E-->>U: 즉시 결과
else future schema
C-->>E: QUARANTINE_AND_RELOAD + unusable token
E-->>U: FAIL_FAST (source 미호출)
else stale/miss/unavailable
C-->>E: typed lookup
E->>E: local single-flight + source bulkhead
E->>S: load(key, cancellation)
S-->>E: loaded / absent / failure
E->>C: record 또는 recordAbsent
C->>R: SET envelope [NX/none] PX hardTTL
E-->>U: LoadedFromSource 등 typed result
end
```
### 1단계: 세대를 한 번만 읽습니다
`lookup``REGULAR` 갈래를 빌린 뒤 `resolveGeneration`을 부릅니다. 서버 값을 읽는 시점은 `CacheKeys`마다 최초 접근 한 번뿐이어서, `resolved``true`가 되면 이후 조회와 기록은 Redis 카운터를 다시 읽지 않고 프로세스 안에 남은 세대 값을 씁니다. 최초 호출의 `INCRBY generationKey 0`은 키가 없으면 0을 만들고 그 시점의 출발값을 맞추지만, 그 뒤 다른 인스턴스가 올린 값까지 가져오지는 않습니다. [`resolveGeneration`](src/adapter/outbound/cache-redis/src/main/java/dev/caskeleton/adapter/outbound/cache/redis/cache/RedisCacheRegionAdapter.java:322), [`CacheKeys.resolved`](src/adapter/outbound/cache-redis/src/main/java/dev/caskeleton/adapter/outbound/cache/redis/cache/RedisCacheRegionAdapter.java:358)
다른 인스턴스가 세대를 올리면 어떻게 될까요? 인스턴스 A와 B가 모두 세대 0을 읽어 둔 뒤 A가 리전 세대를 1로 올리면 A의 `CacheKeys`만 1로 갱신됩니다. B는 계속 0을 쓰기 때문에 세대 0으로 적힌 항목을 그대로 맞히거나, 세대 0으로 다시 기록할 수 있습니다. 지금의 리전 무효화를 모든 인스턴스에 즉시 반영되는 무효화로 읽을 수 없는 이유입니다.
이 상황을 재현하는 테스트도 없습니다. [`regionInvalidationBumpsTheGeneration`](src/adapter/outbound/cache-redis/src/test/java/dev/caskeleton/adapter/outbound/cache/redis/cache/RedisCacheRegionAdapterTest.java:165)은 어댑터 하나와 `CacheKeys` 하나로 기록→무효화→조회만 검사하고, 어댑터 둘이 세대를 따로 읽어 둔 뒤 한쪽만 무효화하는 회귀 테스트는 없습니다.
### 2단계: `GET` 결과를 다섯 갈래로 나눕니다
`lookup`이 원래 키 하나를 받아 돌려주는 값은 `Hit`, `NegativeHit`, `Miss`, `IncompatibleSchema`, `Unavailable` 다섯 가지입니다. [`RedisCacheRegionAdapter.lookup`](src/adapter/outbound/cache-redis/src/main/java/dev/caskeleton/adapter/outbound/cache/redis/cache/RedisCacheRegionAdapter.java:118) 저장된 값이 없으면 `Miss(ABSENT)`입니다. 값이 있으면 `CacheEnvelope.decode``|` 경계 여섯 개를 찾아 스키마 버전, 원본 리비전, 세대, 소프트·하드 만료 시각, 부재 표시와 페이로드를 되살립니다.
해석 순서는 [`interpret`](src/adapter/outbound/cache-redis/src/main/java/dev/caskeleton/adapter/outbound/cache/redis/cache/RedisCacheRegionAdapter.java:144)에 그대로 드러납니다.
1. 지금보다 높은 스키마 버전은 어댑터에서 `QUARANTINE_AND_RELOAD`로 분류합니다. 다만 여기에 쓰는 2인자 `IncompatibleSchema`에는 쓸 수 있는 관측 토큰과 쓰기 조건이 없습니다.
2. 폐기된 버전, 모르는 버전, 깨진 봉투는 `FAIL_FAST`입니다.
3. 봉투의 세대가 현재 세대와 다르면 `Miss(INVALIDATED)`입니다.
4. 하드 만료 시각이 지났으면 `Miss(EXPIRED)`입니다.
5. 부재 표시가 있으면 `NegativeHit`입니다.
6. 그 밖에는 소프트 만료 전이면 `FRESH`, 소프트와 하드 사이면 `STALE`입니다.
높은 스키마 버전을 보통의 미스로 바꾸지 않는 이유는 구버전 인스턴스가 신버전 값을 덮어쓰는 일을 막기 위해서입니다.
`CacheAsideExecutor`까지 따라가면 결과가 달라집니다. 어댑터가 높은 스키마 버전에 쓰는 2인자 생성자는 관측 토큰과 쓰기 조건을 모두 `unavailable()`로 채우고, 실행기는 정책이 `QUARANTINE_AND_RELOAD`여도 관측 토큰을 쓸 수 없으면 정책을 `FAIL_FAST`로 바꾼 `IncompatibleSchema`를 즉시 돌려줍니다. 원본 로더는 부르지 않습니다. 지금 조합에서 실제로 일어나는 일은 `FUTURE_VERSION``QUARANTINE_AND_RELOAD` 라벨 → 실행기의 `FAIL_FAST`입니다. [`CacheLookup.IncompatibleSchema`](src/application-core/src/main/java/dev/caskeleton/application/cache/CacheLookup.java:94), [`getOrLoad`의 스키마 분기](src/application-core/src/main/java/dev/caskeleton/application/cache/CacheAsideExecutor.java:81)
[`aFutureSchemaIsQuarantined`](src/adapter/outbound/cache-redis/src/test/java/dev/caskeleton/adapter/outbound/cache/redis/cache/RedisCacheRegionAdapterTest.java:130)는 어댑터의 분류와 정책 라벨만 검사하고, 어댑터와 실행기를 결합해 원본을 다시 읽는지는 확인하지 않습니다.
### 3단계: 신선한 값과 부재 표시는 원본을 부르지 않습니다
`CacheAsideExecutor.getOrLoad`는 키, 리전, 원본 로더를 받아 `CacheResult<V>`를 돌려줍니다. [`CacheAsideExecutor.getOrLoad`](src/application-core/src/main/java/dev/caskeleton/application/cache/CacheAsideExecutor.java:53) `FRESH``FreshHit`로 바꾸고 `NegativeHit`는 그대로 돌려주므로 원본 호출이 없습니다. 묵은 값은 하드 만료 시각과 관측 토큰을 가진 후보로 남겨 두고, 미스와 `Unavailable`은 원본에서 다시 채울 대상으로 넘깁니다. [`getOrLoad` 분기](src/application-core/src/main/java/dev/caskeleton/application/cache/CacheAsideExecutor.java:59)
같은 프로세스에서 같은 키를 요청하면 `CacheSingleFlight`가 하나로 합칩니다. 동시에 진행할 수 있는 키 수, 키 하나당 대기자 수, 대기 시간을 넘기면 각각 `MAXIMUM_IN_FLIGHT_KEYS`, `MAXIMUM_WAITERS`, `WAIT_TIMEOUT`으로 거절됩니다. `CacheSourceBulkhead`가 차면 `SOURCE_OVERLOADED`, 마감 시각을 넘기면 `LOAD_TIMEOUT`입니다.
### 4단계: 원본 결과를 봉투에 담아 기록합니다
원본이 `Loaded`를 주면 `region.record`를, `AuthoritativeAbsent`를 주면 `recordAbsent`를 부릅니다. 일시적 실패와 영구 실패는 캐시에 쓰지 않습니다. 원본 결과는 `RetryableNoEffect` 같은 멱등성 의미를 가져다 쓰지 않고 캐시 전용 `SourceLoadOutcome`으로 나뉘어 있습니다. [`invokeSourceDirect`](src/application-core/src/main/java/dev/caskeleton/application/cache/CacheAsideExecutor.java:206)
`write`는 값 또는 부재, 원본 리비전, 쓰기 의도를 받아 조건을 확인한 뒤 `SET`에 TTL을 붙여 실행하고 `CacheRecordOutcome`을 돌려줍니다. 새로 쓰는 항목에는 `CacheEnvelope.CURRENT_SCHEMA_VERSION`, 원본 리비전, 현재 세대, `now + effectiveSoft`, `now + ttl`, 부재 여부, 페이로드가 들어갑니다. Redis에 거는 실제 TTL은 하드 TTL과 같고, 값이 있는 항목은 하드 TTL을, 부재를 적는 항목은 별도의 네거티브 TTL을 씁니다. [`write`](src/adapter/outbound/cache-redis/src/main/java/dev/caskeleton/adapter/outbound/cache/redis/cache/RedisCacheRegionAdapter.java:230)
`ONLY_IF_ABSENT``SET ... NX`에 대응합니다. `ONLY_IF_OBSERVED`에서는 조회 시점의 항목 바이트로 `CacheObservationToken``CacheWriteCondition`을 모두 만들고, 실행기도 두 값을 `CacheRecordMetadata`에 실어 보냅니다. 그런데 Redis 어댑터의 `write``metadata.writeCondition()`을 읽지 않고, 지금 저장된 항목 바이트의 `SHA-256` 앞 16바이트와 `metadata.observedToken()`만 비교합니다. [`CacheRecordMetadata`](src/application-core/src/main/java/dev/caskeleton/application/cache/CacheRecordMetadata.java:6), [실행기가 넘기는 `metadata`](src/application-core/src/main/java/dev/caskeleton/application/cache/CacheAsideExecutor.java:231), [`write`의 조건 비교](src/adapter/outbound/cache-redis/src/main/java/dev/caskeleton/adapter/outbound/cache/redis/cache/RedisCacheRegionAdapter.java:208)
그래서 이 비교가 잡아내는 것은 항목 바이트가 통째로 바뀐 경우뿐입니다. 리전 세대를 올려도 기존 항목 바이트는 바뀌지 않기 때문에, 원본을 읽는 도중에 무효화가 일어나도 비교는 통과합니다. 같은 어댑터라면 새 세대로 원본 결과를 써서 무효화 직후 값을 다시 채울 수 있고, 다른 인스턴스라면 앞서 읽어 둔 이전 세대로 쓸 수 있습니다. 세대와 바이트 관측을 한 번의 원자적 비교·교환(`CAS`)으로 묶지 않았고, 비교용 `GET`과 최종 `SET`도 Lua나 트랜잭션으로 묶지 않았습니다.
[`onlyIfObservedRefusesAStaleWrite`](src/adapter/outbound/cache-redis/src/test/java/dev/caskeleton/adapter/outbound/cache/redis/cache/RedisCacheRegionAdapterTest.java:207)는 항목 바이트 자체가 바뀐 경우를 검사하고, 세대 올리기와 진행 중인 `ONLY_IF_OBSERVED`를 함께 놓지는 않습니다. [`invalidationDuringLoadRejectsTheOldCapturedWriteCondition`](src/application-core/src/test/java/dev/caskeleton/application/cache/CacheAsideExecutorTest.java:302)은 조건을 직접 바꿔 놓고 `metadata.writeCondition()`을 확인하는 가짜 리전으로 `application-core` 쪽 계약을 고정한 것이어서, Redis 어댑터가 이 조건을 실제로 읽는다는 근거는 되지 않습니다.
## 무효화는 키를 지우거나 세대를 올립니다
키 하나를 무효화할 때는 값을 읽으면서 그 자리에서 지우는 `GETDEL`을 부르는데, 지워진 값이 있었으면 `INVALIDATED`를, 처음부터 없었으면 `ALREADY_ABSENT`를 돌려줍니다. 리전 무효화는 `KEYS``SCAN`으로 항목을 훑어 지우지 않고, 세대 키에 `INCRBY 1`을 적용한 뒤 이 호출에 쓰인 `CacheKeys`만 반환값으로 갱신합니다. 기존 항목은 Redis에 그대로 남아서 하드 TTL이 지나야 사라집니다. 무효화를 실행한 인스턴스에서는 다음 조회가 세대 불일치가 되지만, 이미 이전 세대를 읽어 둔 다른 인스턴스에는 이 결론이 적용되지 않습니다. [`invalidateRegion`](src/adapter/outbound/cache-redis/src/main/java/dev/caskeleton/adapter/outbound/cache/redis/cache/RedisCacheRegionAdapter.java:290), [`observeGeneration`](src/adapter/outbound/cache-redis/src/main/java/dev/caskeleton/adapter/outbound/cache/redis/cache/RedisCacheRegionAdapter.java:412)
## 묵은 값 갱신과 실패 분기
묵은 값을 갱신하러 간 원본 호출이 일시적 실패로 끝나고 정책이 허용하며 하드 만료 전이면 `CacheAsideExecutor``StaleFallbackAfterTransientFailure`를 돌려줍니다. 영구 실패에는 묵은 값을 쓰지 않습니다. [`toResult`](src/application-core/src/main/java/dev/caskeleton/application/cache/CacheAsideExecutor.java:346)
갱신 조정자를 주입한 경우에는 묵은 값이거나 설정된 하드 미스일 때 선점을 시도합니다. `CacheRefreshCoordinationPort`는 키, 시도, 리스 TTL을 받아 `claimed`·`contended`·`unavailable`·`indeterminate` 중 하나를 돌려주고, 실행기는 그 결과로 원본 갱신을 허용할지 정합니다. [`CacheRefreshCoordinationPort`](src/application-core/src/main/java/dev/caskeleton/application/cache/CacheRefreshCoordinationPort.java:13) `Indeterminate`는 같은 시도로 한 번만 다시 부릅니다. 선점에 밀린 쪽이거나 `unavailable`·`indeterminate`를 받은 쪽이 묵은 값을 갖고 있으면 원본을 부르지 않고 `StaleRefreshDeferred`를 돌려줍니다. 선점한 쪽은 캐시를 다시 읽어 다른 인스턴스가 이미 채웠는지 확인하고, 자기 원본 호출을 마친 뒤 `finally`에서 반납합니다. [`invokeSource`](src/application-core/src/main/java/dev/caskeleton/application/cache/CacheAsideExecutor.java:144)
이 경로는 계약과 테스트 대역까지만 있습니다. `CacheRefreshCoordinationPort`의 운영 구현은 없고 `DisabledCacheRefreshCoordinationPort`와 테스트 안의 가짜 조정자만 확인됩니다. [`distributedSoftLeaseLetsOnePodRefreshWhileAContenderReturnsStale`](src/application-core/src/test/java/dev/caskeleton/application/cache/CacheAsideExecutorTest.java:341)도 실행기 둘과 테스트용 조정자로 한쪽만 원본을 부르는 계약을 고정할 뿐 Redis 구현을 검증하지는 않습니다. 그래서 분산 갱신이 Redis 리스로 동작한다고 말할 근거는 없습니다.
이 실행기는 비동기 백그라운드 갱신 스케줄러가 아닙니다. 선점한 쪽이 동기로 갱신하고 밀린 쪽만 묵은 값을 즉시 받습니다. 하드 미스에서 정해진 시간만 기다리는 부분도 `Thread.sleep` 뒤에 한 번 다시 읽는 구현입니다. [`boundedWait`](src/application-core/src/main/java/dev/caskeleton/application/cache/CacheAsideExecutor.java:300) `CacheEnvelope` 주석에는 백그라운드 갱신이라는 표현이 있지만, 실제로 도는 것은 메서드 본문에 있는 동기 갱신입니다.
캐시에서는 Redis 장애를 성능 저하로 다룹니다. `lookup``Unavailable(UNAVAILABLE, NOT_APPLIED)`를, 기록과 무효화는 `DEGRADED_UNAVAILABLE`을 돌려주고, 부른 쪽은 캐시 미스처럼 원본으로 내려가도 된다는 정책입니다. `CacheRecordOutcome``CacheInvalidationOutcome`에는 `INDETERMINATE`도 정의되어 있지만, 이 어댑터에서 예외를 모두 받는 자리는 이 값을 돌려주지 않습니다. [`unavailable`](src/adapter/outbound/cache-redis/src/main/java/dev/caskeleton/adapter/outbound/cache/redis/cache/RedisCacheRegionAdapter.java:335)
## 테스트가 고정한 범위
- [`RedisCacheRegionAdapterTest`](src/adapter/outbound/cache-redis/src/test/java/dev/caskeleton/adapter/outbound/cache/redis/cache/RedisCacheRegionAdapterTest.java:72)는 인메모리 게이트웨이 위에서 부재→기록→신선한 적중, 소프트·하드 만료, 네거티브 만료, 스키마 라벨, 같은 어댑터 안에서의 세대 무효화, 항목 바이트 조건부 기록, Redis 장애 시 성능 저하 처리를 고정합니다.
- [`CacheAsideExecutorTest`](src/application-core/src/test/java/dev/caskeleton/application/cache/CacheAsideExecutorTest.java:29)는 신선한 값과 부재 표시가 원본을 건너뛰는 것과 타입으로 구분된 원본 결과를 검사합니다.
- [`LiveRedisSemanticPortsTest`](src/adapter/outbound/cache-redis/src/test/java/dev/caskeleton/adapter/outbound/cache/redis/LiveRedisSemanticPortsTest.java:138)는 `standalone`·`cluster` 실서버 갈래에서 애플리케이션 ACL 계정으로 기록과 읽기가 동작하는지 확인하도록 태그되어 있습니다.
다만 이번 문서 작업에서는 실서버 갈래를 돌리지 않았습니다. 위 설명은 코드와 이전에 남겨 둔 근거의 범위이지 지금 `HEAD`에서 다시 실행한 결과가 아닙니다.
## 마무리
지금까지 캐시 조회 한 번이 `CacheAsideExecutor.getOrLoad`에서 시작해 세대 확인과 `GET`을 거쳐 봉투 해석으로 갈래가 나뉘고, 신선하지 않은 값만 원본으로 내려간 뒤 `SET`으로 다시 적히는 과정을 살펴봤습니다. 세대는 인스턴스마다 한 번만 읽고, 조건부 기록은 항목 바이트만 보며, 갱신 조정은 계약과 테스트 대역까지만 있습니다. Redis 조회와 기록은 운영 빈으로 조립되어 있지만, 이 빈과 실행기를 묶는 유스케이스 조립과 분산 갱신 구현은 코드에서 확인되지 않습니다.
## 시리즈에서 이어 읽기
- 이전 글: [Timeout 뒤 쓰였는지 모를 때: Executor와 실행 확실성 모델](./redis-execution-failure-certainty.md)
- 다음 글: [세 가지 Redis Rate Limit Lua를 코드로 추적하기](./redis-rate-limit-code-walkthrough.md)
- 전체 흐름: [Redis를 범용 클라이언트가 아니라 정책 경계로 다루기](./redis-backend-policy-boundary.md)
- 운영 흐름: [Redis를 켠다는 말의 운영적 의미: 단일 활성화 스위치에서 Sentinel 쓰기 손실 검증까지](./redis-platform-sre-operations.md)
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# Redis 캐시 한 요청의 전 생애: Generation·Envelope·Soft/Hard TTL
> **Redis 코드 상세 시리즈 13/20** · [전체 지도](./redis-backend-policy-boundary.md) · 이전: [Timeout 뒤 쓰였는지 모를 때: Executor와 실행 확실성 모델](./redis-execution-failure-certainty.md) · 다음: [세 가지 Redis Rate Limit Lua를 코드로 추적하기](./redis-rate-limit-code-walkthrough.md)
## 이 글이 답하는 코드 질문
`ca-skeleton.capabilities.cache.bindings.default=redis`인 애플리케이션에서 캐시 조회 한 번은 어디에서 시작하고, 어떤 Redis 명령을 거쳐, 언제 원본 저장소로 내려갑니까? 이 글은 Spring이 만드는 `CacheRegionPort<String, byte[]>`와 애플리케이션의 `CacheAsideExecutor`를 함께 읽습니다.
먼저 결론을 구분해야 합니다.
- Redis cache region adapter는 production bean으로 조립됩니다.
- `CacheAsideExecutor`의 local single-flight, source bulkhead, stale fallback도 구현되어 있습니다.
- 그러나 두 객체를 묶는 production use-case bean은 확인되지 않습니다.
- 분산 refresh용 `CacheRefreshCoordinationPort`는 계약과 테스트 대역만 있고 Redis production 구현·bean은 확인되지 않습니다.
- adapter 안에서도 region generation은 instance-local로 한 번만 읽고, conditional write는 generation과 `CacheWriteCondition`을 보존하지 않습니다. future schema의 `QUARANTINE_AND_RELOAD`도 executor에서는 실제 reload가 아니라 `FAIL_FAST`로 끝납니다.
따라서 아래 흐름 중 Redis 조회·기록은 현재 조립된 capability이고, distributed refresh 흐름은 구현된 오케스트레이션 계약이지만 production 조립은 미완성입니다.
## 먼저 보는 클래스·리소스 지도
| 코드 | 입력 | 출력 | 다음 호출 |
| --- | --- | --- | --- |
| [`RedisCapabilityConfig.redisDefaultCacheRegion`](src/app-bootstrap/src/main/java/dev/caskeleton/bootstrap/redis/RedisCapabilityConfig.java:95) | `RedisRuntimeOwner`, namespace, cache 설정, Secret, `Clock` | `CacheRegionPort<String, byte[]>` bean | `RedisCacheRegionAdapter` 생성자 |
| [`CacheRegionPort`](src/application-core/src/main/java/dev/caskeleton/application/cache/CacheRegionPort.java:7) | semantic key/value | typed lookup·record·invalidate 결과 | provider adapter |
| [`CacheAsideExecutor.getOrLoad`](src/application-core/src/main/java/dev/caskeleton/application/cache/CacheAsideExecutor.java:53) | key, region, source loader | `CacheResult<V>` | lookup, single-flight, source load, record |
| [`RedisCacheRegionAdapter.lookup`](src/adapter/outbound/cache-redis/src/main/java/dev/caskeleton/adapter/outbound/cache/redis/cache/RedisCacheRegionAdapter.java:118) | semantic key | `Hit`, `NegativeHit`, `Miss`, `IncompatibleSchema`, `Unavailable` | generation 확인, `GET`, envelope 해석 |
| [`RedisCacheRegionAdapter.write`](src/adapter/outbound/cache-redis/src/main/java/dev/caskeleton/adapter/outbound/cache/redis/cache/RedisCacheRegionAdapter.java:208) | value/absence, source revision, write intent | `CacheRecordOutcome` | 조건 확인 후 `SET` + TTL |
| [`CacheEnvelope`](src/adapter/outbound/cache-redis/src/main/java/dev/caskeleton/adapter/outbound/cache/redis/cache/CacheEnvelope.java:29) | schema, revision, generation, 두 expiry, absence, payload | pipe header + payload bytes | `interpret` |
| [`CacheRefreshCoordinationPort`](src/application-core/src/main/java/dev/caskeleton/application/cache/CacheRefreshCoordinationPort.java:13) | key, attempt, lease TTL | claimed/contended/unavailable/indeterminate | source refresh admission |
## 객체가 만들어지는 시점
전역 `app.redis.enabled=true`이고 default cache binding이 `redis`일 때만 `redisDefaultCacheRegion` bean이 생깁니다. 이 메서드는 cache 설정을 검증하고, 공통 `app.redis.namespace` 아래의 `CacheKeys`를 만들며, semantic key를 HMAC-SHA-256으로 바꾸는 함수를 주입합니다. HMAC material에는 environment/service/domain이 함께 들어가므로 같은 identifier라도 namespace가 다르면 digest도 달라집니다. 출력은 `hv1:<hex>`입니다. 근거는 [`KeyDigest.of`와 `of`](src/app-bootstrap/src/main/java/dev/caskeleton/bootstrap/redis/RedisCapabilityConfig.java:312)에서 확인할 수 있습니다.
기본 설정은 soft TTL 30초, hard TTL 5분, negative TTL 10초, command timeout 200ms입니다. `positiveSoftTtl <= positiveHardTtl`, hard TTL의 configured floor, 양수 command timeout, 양수 key version을 startup에 검사합니다. [`RedisCapabilitySettings.Cache.validate`](src/app-bootstrap/src/main/java/dev/caskeleton/bootstrap/redis/RedisCapabilitySettings.java:70)
`CacheAsideExecutor`는 생성 시 region별 정책으로 local `CacheSingleFlight``CacheSourceBulkhead`를 만듭니다. 2인자 생성자는 refresh coordinator를 주입하지 않습니다. 4인자 생성자만 coordinator와 `CacheRefreshCoordinationPolicy`를 받습니다. [`CacheAsideExecutor` 생성자](src/application-core/src/main/java/dev/caskeleton/application/cache/CacheAsideExecutor.java:25)
## 요청 시 호출 순서
```mermaid
sequenceDiagram
participant U as Use case
participant E as CacheAsideExecutor
participant C as RedisCacheRegionAdapter
participant R as Redis
participant S as Source loader
U->>E: getOrLoad(key, region, loader)
E->>C: lookup(key)
opt 이 CacheKeys의 generation이 unresolved
C->>R: INCRBY generation 0
end
C->>R: GET entryKey(HMAC(key))
alt fresh 또는 negative hit
C-->>E: Hit / NegativeHit
E-->>U: 즉시 결과
else future schema
C-->>E: QUARANTINE_AND_RELOAD + unusable token
E-->>U: FAIL_FAST (source 미호출)
else stale/miss/unavailable
C-->>E: typed lookup
E->>E: local single-flight + source bulkhead
E->>S: load(key, cancellation)
S-->>E: loaded / absent / failure
E->>C: record 또는 recordAbsent
C->>R: SET envelope [NX/none] PX hardTTL
E-->>U: LoadedFromSource 등 typed result
end
```
### 1. generation을 먼저 확정합니다
`lookup`은 REGULAR lane을 빌린 뒤 `resolveGeneration`을 호출합니다. 다만 서버 값을 읽는 시점은 각 `CacheKeys`의 최초 접근 한 번뿐입니다. `resolved``true`가 되면 이후 lookup과 write는 Redis counter를 다시 읽지 않고 process-local `generation`을 사용합니다. 최초 호출의 `INCRBY generationKey 0`은 키가 없을 때 0을 만들고 그 시점의 출발값을 맞추지만, instance 사이의 이후 변경을 전파하지는 않습니다. [`resolveGeneration`](src/adapter/outbound/cache-redis/src/main/java/dev/caskeleton/adapter/outbound/cache/redis/cache/RedisCacheRegionAdapter.java:322), [`CacheKeys.resolved`](src/adapter/outbound/cache-redis/src/main/java/dev/caskeleton/adapter/outbound/cache/redis/cache/RedisCacheRegionAdapter.java:358)
예를 들어 instance A와 B가 모두 generation 0을 resolve한 뒤 A가 region을 1로 올리면, A의 `CacheKeys`만 1로 갱신됩니다. B는 계속 0을 사용하므로 generation-0 entry를 hit하거나 generation 0으로 다시 기록할 수 있습니다. 현행 region invalidation을 multi-instance 전체에 즉시 적용되는 semantic invalidation으로 읽을 수 없는 이유입니다.
entry key는 공통 namespace, capability `cache`, key layout version, region, HMAC digest로 렌더링됩니다. 원래 semantic key는 Redis key에 들어가지 않습니다. [`CacheKeys.entryKey`](src/adapter/outbound/cache-redis/src/main/java/dev/caskeleton/adapter/outbound/cache/redis/cache/RedisCacheRegionAdapter.java:383)
### 2. `GET` 결과를 다섯 종류로 나눕니다
저장값이 없으면 `Miss(ABSENT)`입니다. 값이 있으면 `CacheEnvelope.decode`가 여섯 개의 `|` 경계를 찾고 schema version, source revision, generation, soft/hard absolute epoch millis, absence marker와 payload를 복원합니다. 현행 schema는 v1입니다. [`CacheEnvelope.encode`](src/adapter/outbound/cache-redis/src/main/java/dev/caskeleton/adapter/outbound/cache/redis/cache/CacheEnvelope.java:104)
해석 순서는 다음과 같습니다.
1. future schema는 adapter에서 `QUARANTINE_AND_RELOAD`로 분류합니다. 그러나 이 2인자 `IncompatibleSchema`에는 usable observation token과 write condition이 없습니다.
2. retired, unknown, corrupt envelope는 `FAIL_FAST`입니다.
3. envelope generation이 현재 generation과 다르면 `Miss(INVALIDATED)`입니다.
4. hard expiry가 지났으면 `Miss(EXPIRED)`입니다.
5. absence marker가 있으면 `NegativeHit`입니다.
6. 그 밖에는 soft expiry 전이면 `FRESH`, soft와 hard 사이면 `STALE`입니다.
이 순서는 [`interpret`](src/adapter/outbound/cache-redis/src/main/java/dev/caskeleton/adapter/outbound/cache/redis/cache/RedisCacheRegionAdapter.java:144)에 그대로 드러납니다. future schema를 보통 miss로 바꾸지 않는 이유는 구버전 instance가 신버전 값을 덮어쓰는 일을 막기 위해서입니다.
여기서 typed label과 end-to-end 동작을 구분해야 합니다. `CacheAsideExecutor`는 policy가 `QUARANTINE_AND_RELOAD`여도 observation token이 usable하지 않으면 policy를 `FAIL_FAST`로 바꾼 `IncompatibleSchema`를 즉시 반환합니다. source loader는 호출하지 않습니다. Redis adapter가 future schema에 쓰는 2인자 생성자는 observation token과 write condition을 모두 `unavailable()`로 채우므로, 현행 조합의 실제 흐름은 `FUTURE_VERSION``QUARANTINE_AND_RELOAD` label → executor `FAIL_FAST`입니다. [`CacheLookup.IncompatibleSchema`](src/application-core/src/main/java/dev/caskeleton/application/cache/CacheLookup.java:94), [`getOrLoad`의 schema 분기](src/application-core/src/main/java/dev/caskeleton/application/cache/CacheAsideExecutor.java:81)
### 3. fresh와 negative는 source를 호출하지 않습니다
`CacheAsideExecutor.getOrLoad``FRESH``FreshHit`로, `NegativeHit`를 그대로 반환합니다. stale 값은 hard expiry와 observation token을 가진 후보로 보존합니다. miss와 unavailable은 source refill 대상으로 넘어갑니다. [`getOrLoad` 분기](src/application-core/src/main/java/dev/caskeleton/application/cache/CacheAsideExecutor.java:59)
같은 process의 같은 key는 local single-flight로 합쳐집니다. maximum in-flight key, key당 waiter, wait duration을 넘으면 각각 `MAXIMUM_IN_FLIGHT_KEYS`, `MAXIMUM_WAITERS`, `WAIT_TIMEOUT`으로 거절됩니다. source bulkhead가 차면 `SOURCE_OVERLOADED`, deadline을 넘으면 `LOAD_TIMEOUT`입니다.
### 4. source 결과에 따라 positive 또는 negative를 기록합니다
`Loaded``region.record`, `AuthoritativeAbsent``recordAbsent`를 호출합니다. transient/permanent failure는 캐시에 쓰지 않습니다. source가 `RetryableNoEffect` 같은 idempotency 의미를 주는 구조가 아니라, cache 전용 `SourceLoadOutcome`으로 분리되어 있습니다. [`invokeSourceDirect`](src/application-core/src/main/java/dev/caskeleton/application/cache/CacheAsideExecutor.java:206)
새 entry는 `CacheEnvelope.CURRENT_SCHEMA_VERSION`, source revision, 현재 generation, `now + effectiveSoft`, `now + ttl`, absence, payload를 가집니다. physical Redis TTL은 hard TTL과 같습니다. positive entry는 hard TTL, negative entry는 별도 negative TTL을 사용합니다. [`write`](src/adapter/outbound/cache-redis/src/main/java/dev/caskeleton/adapter/outbound/cache/redis/cache/RedisCacheRegionAdapter.java:230)
`ONLY_IF_ABSENT``SET ... NX`에 대응합니다. `ONLY_IF_OBSERVED`에서는 lookup 시점의 entry bytes로 `CacheObservationToken``CacheWriteCondition`을 모두 만듭니다. executor도 두 값을 `CacheRecordMetadata`에 실어 보냅니다. 그러나 Redis adapter의 write는 `metadata.writeCondition()`을 읽지 않고, 현재 entry bytes의 SHA-256 앞 16바이트와 `metadata.observedToken()`만 비교합니다. [`CacheRecordMetadata`](src/application-core/src/main/java/dev/caskeleton/application/cache/CacheRecordMetadata.java:6), [`executor의 metadata 전달`](src/application-core/src/main/java/dev/caskeleton/application/cache/CacheAsideExecutor.java:231), [`write`의 조건 비교](src/adapter/outbound/cache-redis/src/main/java/dev/caskeleton/adapter/outbound/cache/redis/cache/RedisCacheRegionAdapter.java:208)
따라서 감지 범위는 entry bytes 교체에 한정됩니다. region generation bump는 기존 entry bytes를 바꾸지 않으므로 source load 중 invalidate가 일어나도 비교가 통과합니다. 같은 adapter라면 새 local generation으로 load 결과를 써서 invalidation 직후 값을 다시 채울 수 있고, 다른 instance라면 앞서 캐시한 이전 generation으로 쓸 수 있습니다. generation과 byte observation을 하나의 atomic CAS에 넣지 않았고, bytes 비교용 `GET`과 최종 `SET`도 Lua나 transaction으로 묶지 않았습니다.
## invalidation은 삭제와 세대 교체로 나뉩니다
단일 key invalidation은 `GETDEL`을 호출해 `INVALIDATED``ALREADY_ABSENT`를 구분합니다. region invalidation은 `KEYS``SCAN`으로 entry를 지우지 않고 generation key에 `INCRBY 1`을 적용한 뒤, 이 호출에 사용된 `CacheKeys`만 반환값으로 갱신합니다. 기존 entry는 Redis에 남아 hard TTL로 사라집니다. invalidate를 수행한 instance에서는 다음 lookup이 generation mismatch가 되지만, 이미 이전 generation을 resolve한 다른 instance에는 이 결론이 적용되지 않습니다. [`invalidateRegion`](src/adapter/outbound/cache-redis/src/main/java/dev/caskeleton/adapter/outbound/cache/redis/cache/RedisCacheRegionAdapter.java:290), [`observeGeneration`](src/adapter/outbound/cache-redis/src/main/java/dev/caskeleton/adapter/outbound/cache/redis/cache/RedisCacheRegionAdapter.java:412)
## stale refresh와 실패 분기
`CacheAsideExecutor`는 stale source load가 transient failure이고 policy가 허용하며 hard expiry 전이면 `StaleFallbackAfterTransientFailure`를 반환합니다. permanent failure에는 stale을 쓰지 않습니다. [`toResult`](src/application-core/src/main/java/dev/caskeleton/application/cache/CacheAsideExecutor.java:346)
optional refresh coordinator가 주입된 경우에는 stale 또는 configured hard miss에서 claim을 시도합니다. `Indeterminate` claim은 같은 attempt로 한 번만 다시 호출합니다. contender나 unavailable/indeterminate가 stale을 갖고 있으면 source를 호출하지 않고 `StaleRefreshDeferred`를 반환합니다. owner는 claim 후 cache를 다시 읽어 다른 instance가 이미 채웠는지 확인하고, 자기 source load를 마친 뒤 `finally`에서 release합니다. [`invokeSource`](src/application-core/src/main/java/dev/caskeleton/application/cache/CacheAsideExecutor.java:144)
이 executor는 비동기 background refresh scheduler가 아닙니다. owner가 동기 refresh를 수행하고 contender만 stale을 즉시 받습니다. hard miss의 bounded wait는 `Thread.sleep` 뒤 한 번 다시 읽는 구현입니다. [`boundedWait`](src/application-core/src/main/java/dev/caskeleton/application/cache/CacheAsideExecutor.java:300)
Redis 장애는 cache에 한해 degraded로 처리됩니다. lookup은 `Unavailable(UNAVAILABLE, NOT_APPLIED)`, record와 invalidation은 `DEGRADED_UNAVAILABLE`을 반환합니다. cache miss처럼 source로 내려갈 수 있다는 정책입니다. 다만 `CacheRecordOutcome``CacheInvalidationOutcome`에는 `INDETERMINATE`가 정의되어 있어도 이 adapter의 catch-all은 이를 반환하지 않습니다. [`unavailable`](src/adapter/outbound/cache-redis/src/main/java/dev/caskeleton/adapter/outbound/cache/redis/cache/RedisCacheRegionAdapter.java:335)
## 테스트가 고정하는 계약
- [`RedisCacheRegionAdapterTest`](src/adapter/outbound/cache-redis/src/test/java/dev/caskeleton/adapter/outbound/cache/redis/cache/RedisCacheRegionAdapterTest.java:72)는 absent→record→fresh hit, soft/hard expiry, negative expiry, schema label, 같은 adapter의 generation invalidation, entry-byte 조건부 기록과 Redis 장애 degradation을 in-memory gateway에서 고정합니다.
- 같은 테스트의 [`regionInvalidationBumpsTheGeneration`](src/adapter/outbound/cache-redis/src/test/java/dev/caskeleton/adapter/outbound/cache/redis/cache/RedisCacheRegionAdapterTest.java:165)는 하나의 adapter와 하나의 `CacheKeys`로 record→invalidate→lookup을 검사합니다. 두 adapter가 generation을 각각 resolve한 뒤 한쪽만 invalidate하는 regression test는 없습니다.
- [`onlyIfObservedRefusesAStaleWrite`](src/adapter/outbound/cache-redis/src/test/java/dev/caskeleton/adapter/outbound/cache/redis/cache/RedisCacheRegionAdapterTest.java:207)는 entry bytes 자체가 바뀐 경우를 검사합니다. generation bump와 in-flight `ONLY_IF_OBSERVED`를 결합하지 않습니다.
- [`aFutureSchemaIsQuarantined`](src/adapter/outbound/cache-redis/src/test/java/dev/caskeleton/adapter/outbound/cache/redis/cache/RedisCacheRegionAdapterTest.java:130)는 adapter의 category와 policy label만 검사합니다. 실제 adapter와 executor를 결합해 source reload를 확인하지 않습니다.
- [`CacheAsideExecutorTest`](src/application-core/src/test/java/dev/caskeleton/application/cache/CacheAsideExecutorTest.java:29)는 fresh/negative의 source bypass와 typed source 결과를 검사합니다.
- 같은 테스트의 [`invalidationDuringLoadRejectsTheOldCapturedWriteCondition`](src/application-core/src/test/java/dev/caskeleton/application/cache/CacheAsideExecutorTest.java:302)는 condition을 직접 교체하고 `metadata.writeCondition()`을 검사하는 fake region의 application-core 계약입니다. Redis adapter가 이 condition을 소비한다는 증거는 아닙니다.
- 같은 테스트의 [`distributedSoftLeaseLetsOnePodRefreshWhileAContenderReturnsStale`](src/application-core/src/test/java/dev/caskeleton/application/cache/CacheAsideExecutorTest.java:341)는 두 executor와 test coordinator로 owner 하나만 source를 호출하는 계약을 고정합니다. Redis 구현을 검증하는 테스트는 아닙니다.
- [`LiveRedisSemanticPortsTest`](src/adapter/outbound/cache-redis/src/test/java/dev/caskeleton/adapter/outbound/cache/redis/LiveRedisSemanticPortsTest.java:138)는 standalone/cluster real-server lane에서 application ACL account로 record/read가 동작함을 확인하도록 태그되어 있습니다.
- [`RedisCapabilityCompositionTest.cacheBindingComposesTheCacheRegion`](src/app-bootstrap/src/test/java/dev/caskeleton/bootstrap/redis/RedisCapabilityCompositionTest.java:67)는 연결하지 않고 cache bean 한 개만 생기는지를 검사합니다.
## 현재 구현 공백과 잘못 읽기 쉬운 지점
1. semantic Redis composition은 cache, rate-limit, lease, idempotency V2 네 개가 있고 Session이 빠진 4/5입니다.
2. `CacheRegionPort` bean은 있지만 `CacheAsideExecutor`를 이 bean과 묶어 실제 use case에 주입하는 production 조립은 검색되지 않습니다.
3. `CacheRefreshCoordinationPort` production 구현은 없습니다. `DisabledCacheRefreshCoordinationPort`와 테스트 내부 fake coordinator만 확인됩니다. 따라서 “분산 refresh가 Redis lease로 동작한다”고 말할 근거는 없습니다.
4. 각 instance는 region generation을 최초 한 번만 읽습니다. 다른 instance의 bump를 관찰하지 못하므로 multi-instance semantic invalidation은 완성되지 않았고, 이를 재현하는 test도 없습니다.
5. Redis adapter의 `ONLY_IF_OBSERVED``CacheWriteCondition`과 generation을 조건에 포함하지 않습니다. entry-byte 비교만 하며 `GET``SET`도 원자적이지 않습니다. application-core의 invalidation-during-load fake test를 Redis 구현 증거로 확대할 수 없습니다.
6. future schema의 `QUARANTINE_AND_RELOAD`는 adapter label입니다. unusable observation 때문에 executor는 `FAIL_FAST`를 반환하고 source를 호출하지 않습니다.
7. `CacheEnvelope` 주석에는 background refresh 표현이 있으나 executor 구현은 동기 owner refresh입니다. 현행 method body가 우선 근거입니다.
8. 이번 문서 작업에서는 real-server lane을 실행하지 않았습니다. 위 live test 설명은 코드와 historical evidence의 범위이며 현재 HEAD 재실행 결과가 아닙니다.
## 다음에 열어볼 source 순서
다음 읽기 순서는 `RedisCapabilityConfig``CacheAsideExecutor``RedisCacheRegionAdapter``CacheEnvelope` → 두 test class가 적절합니다. SDK의 command admission과 connection lane은 별도 문서가 소유할 범위입니다.
## 시리즈에서 이어 읽기
- 이전 글: [Timeout 뒤 쓰였는지 모를 때: Executor와 실행 확실성 모델](./redis-execution-failure-certainty.md)
- 다음 글: [세 가지 Redis Rate Limit Lua를 코드로 추적하기](./redis-rate-limit-code-walkthrough.md)
- 전체 흐름: [Redis를 범용 클라이언트가 아니라 정책 경계로 다루기](./redis-backend-policy-boundary.md)
- 운영 흐름: [Redis를 켠다는 말의 운영적 의미: 단일 활성화 스위치에서 Sentinel 쓰기 손실 검증까지](./redis-platform-sre-operations.md)