[스프링 MVC 1편] 웹 애플리케이션 이해

웹 서버, 웹 애플리케이션 서버

 

웹은 HTTP 프로토콜 기반

• HTML, TEXT
• Image,음성, 영상, 파일
• JSON XML
• 거의 모든 형태의 데이터 전송 가능
• 서버간에 데이터를 주고 받을 때도 HTTP 사용

 

웹 서버(Web Server)

• HTTP 기반으로 동작
• 정적 리소스 제공, 기타 부가기능
• 정적(파일) HTML, CSS, JS, 이미지, 영상
• 예) NGINX, APACHE

 

웹 애플리케이션 서버(WAS - Web Application Server)

• HTTP 기반으로 동작
• 웹 서버 기능 포함 + 정적 리소스 제공 가능
• 프로그램 코드를 실행해서 애플리케이션 로직 수행
  • 동적 HTML, HTTP API(JSON)
  • 서블릿, JSP, 스프링 MVC
• 예) 톰캣(Tomcat), Jetty, Undertow

 

웹 서버 VS 웹 애플리케이션 서버 (차이)

• 웹 서버는 정적 리소스(파일), WAS는 애플리케이션 로직
• 둘의 용어와 경계가 모호함
  • 웹 서버도 프로그램을 실행하는 기능을 포함하기도 함
  • 웹 애플리케이션 서버도 웹 서버의 기능을 제공함
• 자바는 서블릿 컨테이너 기능을 제공하면 WAS
  • 서블릿 없이 자바 코드를 실행하는 서버 프레임워크도 있음
• WAS는 애플리케이션 코드를 실행하는데 더 특화

 

웹 시스템 구성 - WAS, DB

• WAS, DB 만으로 시스템 구성 가능
• 어떻게? WAS는 정적 리소스, 애플리케이션 로직 모두 제공 가능
• WAS가 너무 많은 역할을 담당하면 서버 과부하 우려
• 비싼 애플리케이션 로직이 정적 리소스 때문에 수행이 어려울 수 있음

 

웹 시스템 구성 -  WEB, WAS, DB

• 정적 리소스는 웹 서버가 처리
• 웹 서버는 애플리케이션 로직같은 동적인 처리가 필요하면 WAS에 요청을 위임
• WAS는 중요한 애플리케이션 로직 처리 전담

 

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서블릿

 

특징

• was가 Servlet을 지원
• urlPatterns(/hello)의  URL이 호출되면 서블릿 코드가 실행
• HTTP 요청 정보를 편리하게 사용할 수 있는 HttpServletRequest
• HTTP 응답 정보를 편리하게 제공할 수 있는 HttpServeltResponse
• 개발자는 HTTP 스펙을 매우 편리하게 사용

초록색 부분을 제외한 나머지를 서블릿이 지원

 

HTTP 요청, 응답 흐름

요청 시

• WAS는 Requset, Response 객체를 새로 만들어서 서브릿 객체 호출
• 개발자는 Request 객체에서 HTTP 요청 저보를 편리하게 꺼내서 사용
• 개발자는 Response 객체에 HTTP응답 정보를 편리하게 입력
• WAS는 Response 객체에 담겨있는 내용으로 HTTP 응답 정보를 생성

 

서블릿을 관리하는 서블릿 컨테이너

 

서블릿 컨테이너

• 톰캣처럼 서블릿을 지원하는 WAS를 서블릿 컨테이너라고 함
• 서블릿 컨테이너는 서블릿 객체를 생성, 초기화, 호출 종료하는 생명주기 관리
•  서블릿 객체는 싱글톤으로 관리
  • 고객의 요청이 올 때마다 계속 객체를 생성하는 것은 비효율
  • 최초 로딩 시점에 서블릿 객체를 미리 만들어두고 재활용
  • 모든 고객 요청은 동일한 서블릿 객체 인스턴스에 접근
  • 공유 변수 사용 주의
  • 서블릿 컨테이너 종료시 함께 종료
• JSP도 서블릿으로 변환 되어서 사용
• 동시 요청을 위한 멀티 쓰레드 처리 지원

 

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멀티쓰레드

 

질문: 서블릿 객체를 누가 호출할까?

정답: 쓰레드

 

쓰레드

• 애플리케이션 코드를 하나하나 순차적으로 실행하는 것은 쓰레드
• 자바 메인 메서드를 처음 실행하면 main이라는 이름의 쓰레드가 실행
• 쓰레드가 없다면 자바 애플리케이션 실행이 불가능
• 쓰레드는 한 번에 하나의 코드 라인만 수행
• 동시 처리가 필요하면 쓰레드를 추가로 생성

 

질문: 다중 요청이 오면 어떻게 처리할 것인가?

 

방법 1. 요청마다 쓰레드 생성

 

장점

• 동시 요청을 처리할 수 있다.
• 리소스(CPU, 메모리)가 허용할 때까지 처리 가능
• 하나의 쓰레드가 지연 되어도, 나머지 쓰레드는 정상 동작한다.

단점

• 쓰레드 생성 비용은 매우 빘다.
  • 고객의 요청이 올 때마다 쓰레드를 생성하면, 응답 속도가 늦어진다.
• 쓰레드는 컨텍스트 스위칭 비용이 발생한다.
• 쓰레드 생성에 제한이 없다.
  • 고객 요청이 너무 많이 오면 리소스 임계점을 넘어서 서버가 죽을 수 있다.

 

방법 2. 쓰레드 풀

 

특징

• 필요한 쓰레드를 쓰레드 풀에 보관하고 관리한다.
• 쓰레드 풀에 생성 가능한 쓰레드의 최대치를 관리한다. 톰캣은 최대 200개 기본 설정 (변경 가능)

 

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 절약 되고, 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, 리소스 임계점 초과로 서버 다운
• 장애 발생시?
  • 클라우드면 일단 서버부터 늘리고, 이후에 튜닝
  • 클라우드가 아니면 열심히 튜닝
• 성능 테스트
  • 최대한 실제 서비스와 유사하게 성능 테스트 지도
  • 툴: 아파치 ab, 제이미터, nGrinder

 

핵심

• 멀티 쓰레드에 대한 부분은 WAS가 처리
• 개발자가 멀티 쓰레드 관련 코드를 신경쓰지 않아도 됨
• 개발자는 마치 싱글 쓰레드 프로그래밍을 하듯이 편리하게 소스 코드를 개발
• 멀티 쓰레드 환경이므로 싱글톤 객체(서블릿, 스프링 빈)는 주의해서 사용

 

쓰레드 풀

 

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HTML, HTTP API, CSR, SSR

 

HTML(HyperText Markup Language)

 

 

HTTP API

• HTML이 아니라 데이터를 전달
• 주로 JSON 형식 사용
• 데이터만 주고 받음, UI 화면이 필요하면 클라이언트가 별도 처리
• 다양한 시스템에서 호출(앱, 웹 클라이언트, 서버 to 서버)

 

 

서버 사이드 렌더링(Server Side Rendering, SSR)

• HTML 최종 결과를 서버에서 만들어서 웹 브라우저에서 전달
• 주로 정적인 화면에 사용
• 관련 기술: JSP, 타임리프 -> 백엔드 개발자

 

클라이언트 사이드 렌더링(Client Side Rendering, CSS)

• HTML 결과를 자바스크립트를 사용해 웹 브라우저에서 동적으로 생성해서 적용
• 주로 동적인 화면에 사용, 웹 환경을 마치 앱처럼 필요한 부분 부분 변경할 수 있음
• 예) 구글 지도, Gmail 등등
• 관리기술: React, Vue.js -> 웹 프론트엔드 개발자

 

참고

• React, Vue.js를 CSR + SSR 동시에 지원하는 웹 프레임워크도 있음
• SSR을 사용하더라도, 자바스크립트를 사용해서 화면 일부를 동적으로 변경 가능

 

클라이언트 사이드 렌더링

 

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자바 백엔드 웹 기술 역사

 

흐름

• 서블릿 - 1997
  • HTML 생성이 어려움
• JSP -1999
  • HTML 생성은 편리하지만, 비즈니스 로직까지 너무 많은 역할을 담당
• 서블릿, JSP 조합 MVC 패턴 사용
  • 모델, 뷰, 컨트롤러로 역할을 나누어 개발
• MVC 프레임워크 춘추 전국 시대 - 2000년 ~ 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 부트 서버를 내장
  • 과거에는 서버에 WAS를 직접 설치하고, 소스는 WAR 파일을 만들어서 설치한 WAS에 배포
  • 스프링 부트는 빌드 결과(JAR)에 WAS 서버 포함 -> 빌드 배포 단순화

 

최신 기술 - 스프링 웹 기술의 분화

• Web Servlet - Spring MVC
• Web Reactive - Spring WebFlux

 

스프링 웹 플럭스(WebFlux)

• 특징
  • 비동기 넌 블러킹 처리
  • 최소 쓰레드로 최대 성능 - 쓰레드 컨텍스트 스위칭 비용 효율화
  • 함수형 스타일로 개발 - 동시처리 코드 효율화
  • 서블릿 기술 사용 X
• 그런데
  • 웹 플럭스는 기술적 난이도 매우 높음
  • 아직은 RDB 지원 부족
  • 일반 MVC의 쓰레드 모델도 충분히 빠르다.
  • 실무에서 아직 많이 사용하지 않음(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 템플리 적용 가능
  • 스프링 MVC와 강력한 기능 통합
  • 최선의 선택, 단 성능은 프리마커, 벨로시티가 더 빠름