[Spring] 스프링 MVC 1편, 백엔드 웹 개발 핵심 기술 - 1
👩💻 웹 애플리케이션 이해
📌 웹 서버, 웹 애플리케이션 서버
✏️웹의 기본 동작
웹은 보통 브라우저에서 URL을 치면 인터넷을 통해 서버에 접근하고, 서버는 그에 맞는 HTML을 만들어 클라이언트에게 만들어주게 된다.
그때 "클라이언트 -> 서버 데이터 전송" 할 때, " 서버 -> 클라이언트 데이터 전송" 할 때 모두 HTTP라는 프로토콜을 사용하여 통신한다.
HTTP는 거의 모든 형태(이미지, JSON, 비디오, 서버간의 데이터 통신)의 데이터를 전송 가능하다.
✏️웹 서버란?
:웹 서버(Web Server)
- HTTP 기반으로 동작
- 정적 리소스 제공, 기타 부가기능
- HTML, CSS, JS, 이미지 영상 등 프로그래밍이 들어가있지 않은 정적 리소스 제공
- Ex) Apache, Nginx
✏️웹 애플리케이션 서버란?
:웹 애플리케이션 서버(Web Application Server)
- HTTP 기반으로 동작
- 웹 서버 기능 포함(정적 리소스) + 동적 리소스 제공
- 프로그램 코드를 실행하여 애플리케이션 로직 수행 가능
- 동적 HTML, HTTP API
- 서블릿, JSP, 스프링 MVC
- Ex) 톰캣, Jetty
✏️웹 서버와 WAS의 차이는?
- 웹 서버는 정적 리소스를 제공하고, WAS는 애플리케이션 로직을 제공함
- 사실 둘의 경계는 매우 모호하다 (웹 서버도 프로그램을 실행하는 기능을 포함시키는 방법이 있고, WAS는 웹 서버 기능을 포함하고 있기 때문임)
- 그래서 WAS가 애플리케이션 로직에 더욱 특화 되어있다고 생각하면 편함
✏️최소한의 웹 시스템 구성 - WAS, DB
: 최소한으로 웹 시스템을 구성하면 WAS와 DB 두 개만으로도 가능하다. (WAS는 정적 리소스 기능도 포함하기 때문임)
" WAS, DB 웹 시스템 구성의 한계 "
➜ 문제점
1. WAS가 너무 많은 역할을 담당하다보니 서버 과부하 우려가 있음
2. 가장 비싼 애플리케이션 로직이 정적 리소스때문에 수행이 어려울 수 있음
3. WAS 장애 시 오류 화면 노출 못함 (WAS 장애 시 아예 접근 조차 할 수 없기 때문)
✏️일반적인 웹 시스템 구성 - WEB, WAS, DB
: 최소한으로 웹 시스템을 구성하면 WAS와 DB 두 개만으로도 가능하다. (WAS는 정적 리소스 기능도 포함하기 때문임)
- 정적인 리소스는 웹 서버가 담당하고 애플리케이션 로직은 WAS가 담당함
- 웹 서버는 정적인 리소스를 처리하고 동적인 처리가 필요하면 WAS에게 요청을 함
- WAS는 중요한 애플리케이션 로직에만 집중할 수 있음
"장점"
➜ "장점"
1. 효율적인 리소스 관리
ㅇ 정적인 리소스가 많이 사용되면 WEB 서버 증가
ㅇ 동적인 리소스가 많이 사용되면 WAS 서버 증가
2. 웹 서버는 잘 죽지 않기 때문에 WAS, DB 장애시 오류 화면을 출력할 수 있음
📌 서블릿
✏️서블릿에 대해 알아보자.
:서블릿을 지원하는 WAS를 사용하면 개발자가 비즈니스 로직만 작성해주면 된다.
➜ "위 그림의 차이점"
웹 애플리케이션 서버를 직접 구현하는 개발자는 왼쪽에 있는 리스트들을 다 수행해야하지만 서블릿을 지원하는 WAS를 사용하면 2번째 그림의 초록색 박스를 제외한 모든 일을 알아서 수행해준다 (서블릿이 HTTP 요청과 HTTP 응답을 모두 수행해줌)
✏️서블릿의 특징
:서블릿의 특징에 대해 알아보자
- urlPatterns(/hello)의 URL이 호출되면 서블릿 코드가 실행된다.
- 클라이언트에서 서버로 요청이 왔을때 service가 실행됨
- HTTP 요청 정보를 편리하게 사용할 수 있는 HttpServletRequest
- ex) 개발자는 HttpServletRequest가 있어 "request.getParameter(userName)" 등을 하면 "Kim"이라는 이름이 나옴
- HTTP 응답 정보를 편리하게 사용할 수 있는 HttpServletResponse
- ex) 개발자는 HttpServletRequest가 있어 response에 원하는 정보를 넣으면 됨
✏️서블릿의 동작 원리
- 웹 브라우저가 localhost:8080/hello 라고 요청을 한다.
- WAS가 HTTP 요청 메시지를 기반으로 request와 response 객체를 생성한다.
- WAS 내부의 서블릿 컨테이너에 있는 helloServlet이라는 서블릿을 실행해준다.
- helloServlet이 끝나고 return 하면 우리가 만들었던 response 객체를 뒤져서 이것을 바탕으로 HTTP 응답 메시지를 만든다.
- HTTP 응답 메시지를 웹 브라우저에 보내면 웹 브라우저가 html을 렌더링해서 화면을 보여줌
✏️서블릿 컨테이너란?
:서블릿 컨테이너에 대해 알아보자
➜ 서블릿 컨테이너란
Was 내부에는 서블릿을 지원하는 서블릿 컨테이너라는 것이 존재한다.
서블릿 컨테이너는 자동으로 서블릿 객체를 생성해주고 호출도 해준다.
또한 WAS가 종료되면 서블릿도 종료되는 등의 생명주기도 관리해준다.
➜ 서블릿 컨테이너의 특징
1. 톰캣처럼 서블릿을 지원하는 WAS를 서블릿 컨테이너라고 한다.
2. 서블릿 컨테이너는 서블릿 객체의 생성, 초기화, 호출, 종료하는 생명주기를 관리한다
3. 서블릿 객체는 싱글톤으로 관리한다.
ㅇ ✏️서블릿의 동작 원리의 그림을 살펴보면, 클라이언트의 username과 age등의 정보는 각각 달라야 하니 요청마다
request, response 객체를 생성해야 하는 것은 맞지만, 서블릿은 굳이 객체를 계속 생성해야 할 이유가 없다.)
ㅇ 최초 로딩 시점에 서블릿 객체를 미리 만들어두고 재활용 하며, 모든 고객 요청은 동일한 서블릿 객체 인스턴스에 접근한다.
ㅇ 공유 변수 사용 주의
4. JSP도 서블릿으로 변환 되어서 사용
5. 동시 요청을 위한 멀티 쓰레드 처리 지원 (동시에 여러명이 요청을 해도 지연이 없음)
📌 동시 요청 - 멀티 쓰레드
✏️쓰레드란?
:쓰레드란 무엇인지 알아보자
위의 그림을 봐보자.
클라이언트에서 HTTP를 요청하면 서버에서 TCP,IP 커넥션이 연결된다. 연결되면 서블릿 객체가 호출이 되는데 이 서블릿 객체는 누가 호출을 해줄까 ?
➜ 결론부터 말하면 서블릿 객체를 호출해 주는 것은 "쓰레드"이다.
"쓰레드의 정의"
- 애플리케이션 코드를 하나하나 순차적으로 실행하는 것이 쓰레드
- 자바 메인 메서드를 처음 실행하면 main이라는 이름의 쓰레드가 실행
- 쓰레드가 없으면 자바 애플리케이션 실행이 불가능하다.
- 쓰레드는 한번에 하나의 코드 라인만 수행함
- 동시 처리가 필요하면 추가로 쓰레드를 생성해야함.
✏️단일 요청 - 쓰레드
:하나의 쓰레드를 사용한다고 가정해보자.
➜ 쓰레드를 하나 사용 했을 경우
1. 클라이언트가 HTTP 요청을 보내면 TCP,IP 커넥션이 연결되고 쓰레드가 할당되어 서블릿이 실행된다.
2. 이후 응답까지 하면 쓰레드는 휴식상태가 된다.
✏️다중 요청 - 하나의 쓰레드 사용
:다중 요청이 일어났을 때 하나의 쓰레드를 사용한다고 가정해보자.
➜ 쓰레드를 하나 사용 할 때 다중 요청이 들어온다면
1. 그림을 보면 클라이언트1이 HTTP요청을 보내 TCP,IP 커넥트가 연결되고 요청1을 처리중이다.
2. 이때 서블릿에서 뭔가 처리가 지연되고 있는 상황에서, 클라이언트2가 요청을 보냈지만 쓰레드는 요청 1을 처리 중이기 때문에
요청2는 요청1의 동작이 끝날 때 까지 대기를 해야한다.
3. 이럴 경우 요청1과 요청2 둘다 죽게 된다 (타임 아웃) ➜ 오류 발생
✏️다중 요청 - 요청마다 쓰레드 생성
:다중 요청이 일어났을 때 요청마다 쓰레드를 생성한다고 가정해보자.
➜ 요청마다 쓰레드를 생성한다면 잘 실행이 된다. 하지만 이에 장단점이 존재한다.
"장점"
1. 동시 요청을 처리할 수 있다.
2. 리소스(CPU, 메모리)가 허용할 때 까지 처리가 가능하다.
3. 하나의 쓰레드가 지연이 되어도, 나머지 쓰레드는 정상 동작한다.
"단점"
1. 쓰레드는 생성 비용이 매우 비싸다.
ㅇ 고객의 요청이 올 때 마다 쓰레드를 생성하면, 응답 속도가 늦어짐
2. 쓰레드는 컨텍스트 스위칭 비용이 발생한다
3. 쓰레드 생성에 제한이 없다.
ㅇ 고객 요청이 너무 많이 오면, CPU, 메모리 임계점을 넘어서 서버가 죽을 가능성이 있다.
➜ 단점의 보안 방법으로 "쓰레드 풀"이라는 것이 나옴
✏️쓰레드 풀
:쓰레드 풀이란?
➜ "쓰레드 풀" 동작
1. 클라이언트1이 요청1을 보내고, 클라이언트2가 요청2를 보냈다.
2. 이때 초반에 쓰레드를 애초에 설정한 만큼 생성하여 "쓰레드 풀"에 보관한다.
3. 요청이 올 때마다 쓰레드 풀에서 쓰레드를 하나씩 꺼내어 할당해준다.
4. 쓰레드를 다 쓰게 되면 죽이는게 아니라 다시 쓰레드 풀에 반납한다.
5. 쓰레드가 모드 사용중이면 대기, 거절한다
ㅇ 10명은 대기하도록 설정하고, 이후의 연결은 거절하는 등의 설정이 가능
➜ "쓰레드 풀"의 특징
ㅇ 필요한 쓰레드를 쓰레드 풀에 보관하고 관리
ㅇ 쓰레드 풀에 생성 가능한 쓰레드의 최대치를 관리한다.
➜ "쓰레드 풀"의 사용
ㅇ 쓰레드가 필요하면, 이미 생성되어 있는 쓰레드를 쓰레드 풀에서 꺼내서 사용
ㅇ 사용을 종료하면 쓰레드 풀에 해당 쓰레드를 반납
ㅇ 최대 쓰레드가 모두 사용중이여서 쓰레드 풀에 쓰레드가 없으면 거절하거나 대기하도록 설정
➜ "쓰레드 풀"의 장점
ㅇ 쓰레드가 미리 생성되어 있으므로, 쓰렐드를 생성하고 종료하는 비용 절약 및 응답 시간이 빠름
ㅇ 생성 가능한 쓰레드의 최대치가 있으므로 너무 많은 요청이 들어와도 기존 요청은 안전하게 처리 가능
✏️쓰레드 풀 실무 팁
:쓰레드 풀을 사용할 때 실무 팁
- WAS의 주요 튜닝 포인트는 최대 쓰레드(max thread)수
- 최대 쓰레드 수 값을 너무 낮게 설정 ➜ 동시 요청이 많으면, 서버 리소스는 여유롭지만, 클라이언트는 금방 응답 지연
- 최대 쓰레드 수 값을 너무 높게 설정 ➜ 동시 요청이 많으면 CPU,메모리 리소스 임계점 초과로 서버 다운
- 쓰레드 풀의 적정 숫자는 애플리케이션 로직의 복잡도, CPU, 메모리, IO리소스 상황에 따라 모두 다르므로 최대 실제 서비스와 유사하게 성능 테스트를 시도해야 한다.
- 툴: 아파치 ab, 제이미터, nGrinder(추천)
📌 HTML, HTTP API, CSR, SSR
✏️정적 리소스
: 고정된 HTML 파일, CSS, JS, 이미지, 영상 등을 제공 ➜ 주로 웹 브라우저
➜ 그냥 이미 작성된 파일을 폴더에서 찾아서 실행해주는 것임.
✏️HTML
:동적으로 필요한 HTML 파일을 생성해서 전달
✏️HTTP API
:HTML이 아닌 데이터를 전달
- HTML이 아닌 데이터를 전달함
- 주로 JSON 형식
- 다양한 시스템에서 호출
➜ "다양한 시스템에서 호출"
ㅇ 데이터만 주고 받음. UI 화면이 필요하면 클라이언트가 별도로 처리해야 한다(진짜 데이터 값만 보냄)
ㅇ 기존의 HTTP에 데이터를 얹어서 보내는 것
ㅇ 주로 JSON 형태로 사용 됨
ㅇ UI 클라이언트 접점
ㅇ 앱 클라이언트
ㅇ 웹 브라우저에서 자바스크립트를 통한 API 호출
ㅇ React 같은 웹 클라이언트
ㅇ 서버 to 서버
ㅇ 주문 서버에서 결제 서버로 데이터 전송
ㅇ 기업간의 데이터 통신
✏️서버 사이드 렌더링과 클라이언트 사이드 렌더링
:SSR, CSR
- SSR - 서버 사이드 렌더링
- HTML 최종 결과를 서버에서 만들어서 웹 브라우저에 전달 (웹 브라우저는 이미 만들어진 HTML을 렌더링만 하면 됨)
- 주로 정적인 화면에 사용
- 관련기술: JSP,타임 리프 ➜ 백엔드 개발자
- CSR - 클라이언트 사이드 렌더링
- HTML 결과를 자바스크립트를 사용해 웹 브라우저에서 동적으로 생성해서 적용
- 주로 동적인 화면에 사용, 웹 환경을 마치 앱 처럼 필요한 부분부분 변경할 수 있음
- 예) 구글 지도, Gmail, 구글 캘린더
- 관련기술: React, Vue.js ➜ 프론트엔드 개발자
