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[스프링 MVC 1편] 웹 애플리케이션 이해

게시 2024/10/21
By Sangwon Lee
20 분읽는 시간

모든 것이 HTTP

  • 웹은 HTTP 기반으로 동작한다.
  • HTTP 메시지에 모든 것을 전송한다.
    • 거의 모든 형태의 데이터 전송 가능하다.
    • 서버간에 데이터를 주고 받을 때도 대부분 HTTP를 사용한다.
    • 종류
      • HTML, TEXT
      • 이미지, 음성, 영상, 파일
      • JSON, XML (API)

웹 서버, 웹 애플리케이션 서버

웹 서버 (Web Server)

  • HTTP 기반으로 동작한다.
  • 정적 리소스를 제공한다.
  • 기타 부가 기능을 제공한다.
  • 정적 리소스 종류
    • HTML 파일 (.html)
    • CSS 파일 (.css)
    • JavaScript 파일 (.js)
    • 이미지 (.jpg, .png 등등)
    • 영상 (.mp3, .avi 등등)
  • 예시
    • NGINX
    • APACHE

웹 애플리케이션 서버(WAS, Web Application Server)

  • HTTP 기반으로 동작한다.
  • 웹 서버 기능 포함한다. (= 정적 리소스를 제공할 수 있다.)
  • 프로그램 코드를 실행해서 애플리케이션 로직을 수행한다.
    • 동적 HTML, HTTP API(JSON)
    • 서블릿, JSP, 스프링 MVC
  • 예시
    • 톰캣 (Tomcat)
    • Jetty
    • Undertow

웹 서버와 웹 애플리케이션 서버(WAS)의 차이

  • 웹 서버는 정적 리소스를 제공한다.
  • WAS는 애플리케이션 로직을 실행한다.
  • 그러나 정확하게 웹 서버와 WAS를 구분짓기에는 애매하다.
    • 웹 서버도 프로그램을 실행하는 기능을 포함하기도 한다.
    • 웹 애플리케이션 서버도 웹 서버의 기능을 제공한다.
  • 자바에서는 서블릿 컨테이너 기능을 제공하면 WAS로 취급한다.
    • 그러나 서블릿 없이 자바코드를 실행하는 서버 프레임워크도 있다.
  • 그저 WAS가 애플리케이션 코드를 실행하는데 더 특화되있을 뿐이다.

웹 시스템 구성

  • WAS와 DB 만으로도 시스템을 구성할 수 있다.
    • WAS는 정적 리소스를 제공하고, 애플리케이션 로직 실행이 모두 제공 가능하기 때문이다.
    • 다만 WAS가 너무 많은 역할을 담당하게 되면 서버 과부하의 우려가 있다.
  • 애플리케이션 로직을 실행한다는 것은 가장 비싼 가치를 가지고 있다.
    • WAS가 정적 리소스를 제공하는 역할까지 맡게 되면, 오히려 정적 리소스때문에 애플리케이션 로직 실행에 문제가 생길 수 있다.
    • WAS는 장애시 오류 화면도 노출할 수 없다.
    • 정적 리소스는 웹 서버가 처리하는 것이 제일 좋다.
    • WAS는 중요한 애플리케이션 로직 처리를 전담하는 것이 제일 좋다.
  • 역할을 잘 나누어서 관리해야 한다.
    • 웹 서버는 애플리케이션 로직같은 동적인 처리가 필요하면 WAS에 요청을 위임한다.
    • 웹 서버
      • 정적 리소스만 제공하는 웹 서버는 잘 죽지 않는다.
      • WAS나 DB에 장애가 발생하면 웹 서버가 오류 화면 제공 가능
    • WAS
      • 애플리케이션 로직이 동작하는 WAS 서버는 잘 죽는다.
  • 효율적인 리소스 관리 또한 중요하다.
    • 정적 리소스가 많이 사용되면 Web 서버를 증설한다.
    • 애플리케이션 리소스가 많이 사용되면 WAS를 증설한다.

서블릿

개발자가 해야할 일

  • 만약 회원 정보를 저장하는 페이지가 있다고 가정해보자.
    • 만약 그 데이터를 서버에 저장하는 과정을 모두 개발자가 직접 처리하려면 어떻게 해야할까?
    • 저장할 정보는 회원명인 username과 나이인 age만 있다고 가정한다.
  1. 서버 TCP/IP 연결 대기, 소켓 연결
  2. HTTP 요청 메시지를 파싱해서 읽기
  3. POST 방식, /save URL 인지
  4. Content-Type 확인
  5. HTTP 메시지 바디 내용 피싱
    • username, age 데이터를 사용할 수 있게 파싱
  6. 저장 프로세스 실행
  7. 비즈니스 로직 실행
    • 데이터베이스에 저장 요청
  8. HTTP 응답 메시지 생성 시작
    • HTTP 시작 라인 생성
    • Header 생성
    • 메시지 바디에 HTML 생성에서 입력
  9. TCP/IP에 응답 전달, 소켓 종료
  • 이렇게 무려 9가지 과정이 들어가는 어려운 작업이 매순간 필요하다.
  • 이 때, 서블릿을 사용하면 7번인 비즈니스 로직만 처리할 수 있다.
  • 서블릿은 비즈니스 로직 이외의 모든 부분을 자동으로 처리해준다.

서블릿의 특징

  • 해당 웹 애플리케이션을 호출하게 되면 서블릿 코드가 실행된다.
  • HTTP 요청 정보를 편리하게 사용할 수 있는 HttpServletRequest를 제공한다.
  • HTTP 응답 정보를 편리하게 제공할 수 있는 HttpServletResponse를 제공한다.
  • 개발자는 HTTP 스펙을 매우 편리하게 사용할 수 있다.
  • HTTP 요청, 응답 흐름
    • WAS는 Request, Response 객체를 새로 만들어서 서블릿 객체를 호출한다.
    • 개발자는 Request 객체에서 HTTP 요청 정보를 편리하게 꺼내서 사용하면 된다.
    • 개발자는 Response 객체에 HTTP 응답 정보를 편리하게 입력할 수 있다.
    • WAS는 Response 객체에 담겨있는 내용으로 HTTP 응답 정보를 생성한다.

서블릿 컨테이너

  • 톰캣처럼 서블릿을 지원하는 WAS를 서블릿 컨테이너라고 한다.
  • 서블릿 컨테이너는 서블릿 객체를 생성, 초기화, 호출, 종료하는 생명주기를 관리한다.
  • 서블릿 객체는 싱글톤으로 관리한다.
    • 고객의 요청이 올 때 마다 계속 객체를 생성하는 것은 비효율적이다.
    • 최초 로딩 시점에 서블릿 객체를 미리 만들어두고 재활용한다.
    • 모든 고객 요청은 동일한 서블릿 객체 인스턴스에 접근한다.
    • 공유 변수 사용에 주의해야 한다.
    • 서블릿 컨테이너 종료시 함께 종료된다.
  • JSP도 서블릿으로 변환 되어서 사용한다.
  • 동시 요청을 위한 멀티 쓰레드 처리 지원한다.

동시 요청 - 멀티 쓰레드

쓰레드

  • 애플리케이션 코드를 하나하나 순차적으로 실행하는 것은 쓰레드다.
  • 자바 메인 메서드를 처음 실행하면 main이라는 이름의 쓰레드가 실행된다.
  • 쓰레드가 없다면 자바 애플리케이션 실행이 불가능하다.
  • 쓰레드는 한번에 하나의 코드 라인만 수행한다.
  • 동시 처리가 필요하면 쓰레드를 추가로 생성된다.

요청 마다 쓰레드 생성

  • 장점
    • 동시 요청을 처리할 수 있다.
    • 리소스(CPU, 메모리)가 허용할 때 까지 처리할 수 있다.
    • 하나의 쓰레드가 지연 되어도, 나머지 쓰레드는 정상 동작한다.
  • 단점
    • 쓰레드는 생성 비용은 매우 비싸다.
      • 고객의 요청이 올 때 마다 쓰레드를 생성하면, 응답 속도가 늦어진다.
    • 쓰레드는 컨텍스트 스위칭 비용이 발생한다.
    • 쓰레드 생성에 제한이 없다.
      • 고객 요청이 너무 많이 오면, CPU, 메모리 임계점을 넘어서 서버가 죽을 수 있다.

쓰레드 풀

  • 정의
    • WAS 내부에 미리 쓰레드를 만들어서 가지고 있는 관리 장소
  • 특징
    • 쓰레드 풀에 생성 가능한 쓰레드의 최대치를 관리한다.
    • 톰캣은 최대 200개가 기본 설정 (변경 가능)
    • 필요한 쓰레드를 쓰레드 풀에 보관하고 관리한다.
  • 사용
    • 쓰레드가 필요하면, 이미 생성되어 있는 쓰레드를 쓰레드 풀에서 꺼내서 사용한다.
    • 사용을 종료하면 쓰레드 풀에 해당 쓰레드를 반납한다.
    • 최대 쓰레드가 모두 사용중이어서 쓰레드 풀에 쓰레드가 없으면?
      • 기다리는 요청은 거절하거나 특정 숫자만큼만 대기하도록 설정할 수 있다.
  • 장점
    • 쓰레드가 미리 생성되어 있으므로, 쓰레드를 생성하고 종료하는 비용(CPU)이 절약되고, 응답 시간이 빠르다.
    • 생성 가능한 쓰레드의 최대치가 있으므로 너무 많은 요청이 들어와도 기존 요청은 안전하게 처리할 수 있다.
  • 실무 팁
    • WAS의 주요 튜닝 포인트는 최대 쓰레드(max thread) 수이다.
    • 이 값을 너무 낮게 설정하면?
      • 동시 요청이 많으면, 서버 리소스는 여유롭지만, 클라이언트는 금방 응답 지연
    • 이 값을 너무 높게 설정하면?
      • 동시 요청이 많으면, CPU, 메모리 리소스 임계점 초과로 서버가 다운된다.
    • 장애 발생시?
      • 클라우드면 일단 서버부터 늘리고, 이후에 튜닝한다.
      • 클라우드가 아니면 열심히 튜닝한다.
  • 쓰레드 풀의 적정 숫자
    • 다양한 케이스에 맞춰서 직접 테스트하며 찾아봐야 한다.
      • 애플리케이션 로직의 복잡도
      • CPU
      • 메모리
      • IO 리소스 상황
    • 성능 테스트
      • 최대한 실제 서비스와 유사한 상황으로 만들고 성능 테스트를 시도한다.
      • 성능 테스트는 아파치 ab, 제이미터, nGrinder 등을 통해 진행한다.

WAS의 멀티 쓰레드 지원

  • 멀티 쓰레드에 대한 부분은 WAS가 처리한다.
  • 개발자가 멀티 쓰레드 관련 코드를 신경쓰지 않아도 된다.
  • 개발자는 마치 싱글 쓰레드 프로그래밍을 하듯이 편리하게 소스 코드를 개발하면 된다.
  • 멀티 쓰레드 환경이므로 싱글톤 객체(서블릿, 스프링 빈)는 주의해서 사용해야 한다.

HTML, HTTP API, CSR, SSR

  • 정적 리소스
    • 고정된 HTML 파일, CSS, JS, 이미지, 영상 등을 제공한다.
    • 주로 웹 브라우저에서 요청한다.
  • HTML 페이지
    • 동적으로 필요한 HTML 파일을 생성해서 전달한다.
    • 웹 브라우저는 HTML 해석하는 역할을 한다.
  • HTTP API
    • HTML이 아니라 데이터를 전달한다.
      • 데이터만 주고 받기 때문에 UI 화면이 필요하면 클라이언트가 별도로 처리해줘야 한다.
    • 주로 JSON 형식을 사용한다.
    • 다양한 시스템에서 호출한다.
      • 앱 (안드로이드, 아이폰, PC 앱)
      • 웹 클라이언트 (React.js, Vue.js 등등)
      • 서버 to 서버
  • SSR (서버 사이드 렌더링)
    • HTML 최종 결과를 서버에서 만들어서 웹 브라우저에 전달한다.
    • 주로 정적인 화면에 사용한다.
    • 관련기술
      • JSP
      • 타임리프
  • CSR (클라이언트 사이드 렌더링)
    • HTML 결과를 자바스크립트를 사용해 웹 브라우저에서 동적으로 생성해서 적용한다.
    • 주로 동적인 화면에 사용한다.
    • 웹 환경을 마치 앱 처럼 필요한 부분만 변경할 수 있다.
    • 예시
      • 구글 지도
      • Gmail
      • 구글 캘린더
    • 관련기술
      • React.js
      • Vue.js
  • 참고
    • Next.js처럼 CSR과 SSR 동시에 지원하는 웹 프레임워크도 있다.
    • SSR을 사용하더라도, 자바스크립트를 사용해서 화면 일부를 동적으로 변경할 수 있다.

자바 백엔드 웹 기술 역사

자바 웹 기술 역사

  • 과거 기술
    • 서블릿 - 1997
      • HTML 생성이 어려움
    • JSP - 1999
      • HTML 생성은 편리하지만, 비즈니스 로직까지 너무 많은 역할 담당
    • 서블릿, JSP 조합 MVC 패턴 사용
      • 모델, 뷰 컨트롤러로 역할을 나누어 개발
    • MVC 프레임워크 춘추 전국 시대 - 2000년 초 ~ 2010년 초
      • MVC 패턴 자동화, 복잡한 웹 기술을 편리하게 사용할 수 있는 다양한 기능 지원
      • 스트럿츠, 웹워크, 스프링 MVC (과거 버전)
  • 현재 사용 기술
    • 애노테이션 기반의 스프링 MVC 등장
      • @Controller
      • MVC 프레임워크의 춘추 전국 시대 마무리
    • 스프링 부트의 등장
      • 스프링 부트는 서버를 내장하고 있다.
      • 과거에는 서버에 WAS를 직접 설치하고, 소스는 War 파일을 만들어서 설치한 WAS에 배포했다.
      • 스프링 부트는 빌드 결과(Jar)에 WAS 서버 포함해서 빌드 배포를 단순화하였다.
  • 최신 기술 - 스프링 웹 기술의 분화
    • Web Servlet
      • Spring MVC
    • Web Reactive
      • Spring WebFlux
  • 최신 기술 - 스프링 웹 플럭스(WebFlux)
    • 특징
      • 비동기 논블러킹 처리
      • 최소 쓰레드로 최대 성능 => 쓰레드 컨텍스트 스위칭 비용 효율화
      • 함수형 스타일로 개발 => 동시처리 코드 효율화
      • 서블릿 기술 사용 X
    • 단점
      • 기술적 난이도 매우 높음
      • RDB 지원 부족 (현 상황)
      • 일반 MVC의 쓰레드 모델도 충분히 빠르다.
      • 실무에서 아직 많이 사용하지는 않는다. (전체 1% 이하)

자바 뷰 템플릿 역사

  • JSP
    • 속도 느림, 기능 부족
  • 프리마커(Freemarker), Velocity(벨로시티)
    • 속도 문제 해결, 다양한 기능
  • 타임리프(Thymeleaf)
    • 내추럴 템플릿: HTML의 모양을 유지하면서 뷰 템플릿 적용 가능
    • 스프링 MVC와 강력한 기능 통합
    • 최선의 선택, 단 성능은 프리마커, 벨로시티가 더 빠름

출처

Spring MVC
이 기사는 저작권자의 CC BY 4.0 라이센스를 따릅니다.
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