[Spring] 웹 애플리케이션 이해

🌏 웹 서버, 웹 애플리케이션 서버

• 웹은 HTTP 프로토콜 기반으로 통신하여 데이터를 주고받는다.
• HTML, TEXT
• IMAGE, 음성, 영상, 파일
• JSON, XML (API) 등

웹 서버 Web Server

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

웹 애플리케이션 서버 WAS - Wep Application Server

• HTTP 기반으로 동작
• 웹 서버 기능 + 프로그램 코드 실행하여 애플리케이션 로직 수행
• 동적 HTML, HTTP API(JSON), 서블릿, JSP, 스프링 MVC
• 톰켓, Jetty, Underflow

웹 서버와 웹 어플리케이션 서버 (WAS) 차이

1. 웹 서버는 정적 리소스, WAS는 애플리케이션 로직까지 수행
2. 웹 서버도 프로그램 실행할 수도 있고, WAS도 웹 서버의 기능을 제공함  → 용어와 경계가 모호
3. WAS는 애플리케이션 코드를 실행하는데 더 특화되어 있다.

웹 시스템 구성 - WAS + DB

• WAS와 DB만으로도 시스템을 구성가능하다.
• WAS가 정적리소스와 애플리케이션 로직 모두 제공
• 이렇게 구성할 경우 WAS가 많은 역할을 담당하여 서버가 과부하 될 수 있다.
• 비싼 애플리케이션 로직이 정적 리소스 때문에 수행이 어려울 수도 있고, WAS에 장애가 있을시에 오류 화면을 노출을 못할 수도 있다.

웹 시스템 구성 - WEB + WAS + DB

• 정적 리소스는 웹 서버가 처리
• 웹 서버는 애플리케이션 로직같은 동적인 처리가 필요하면 WAS에 요청을 위임 한다.
• WAS가 중요한 애플리케이션 로직 처리 전담
• 리소스 관리를 효율적으로 할 수 있다.
  • 정적 리소스 사용 多 → WEB 서버 증설
  • 애플리케이션 리소스 사용 多 → WAS 증설
• WAS, DB 장애시 WEB 서버가 오류 화면 제공 가능

CDN Contents Delivery Network 콘텐츠 전송 네트워크

지리적으로 분산된 여러개의 서버 네트워크를 두어  병목 현상을 방지하고 효율적인 네트워크 이동을 제공한다.

자주 사용하는 파일들을 Caching 하여 웹 서버의 부하를 줄인다.

Streaming 기술을 제공하여 실시간으로 많은 사용자가 원하는 콘텐츠를 전송해준다.

서버의 트래픽을 덜어주어 비용을 감소하는 효과가 있고, 공격 트래픽을 완화할 수 있어 Dos 공격에 대해서 어느정도 보호해줄 수 있다.

넷플릭스, 에어비앤비, NC소프트, 카카오 게임즈등 여러 기업들이 CDN을 활용하여 콘텐츠를 제공한다.

 

 

👾 서블릿

서블릿이란?

동적인 웹 페이지를 만들 때 사용되는 자바 기반 웹 애플리케이션 프로그래밍 기술

클라이언트의 요청을 처리 후 결과를 반환해준다.

 

공식 문서에서는 이렇게 정의한다.

서블릿은 요청-응답 프로그래밍 모델을 통해 접근한 애플리케이션을 호스팅하는 서버의 기능을 확장하는 데 사용되는 자바 프로그래밍 언어 클래스입니다.

서블릿은 모든 유형의 요청에 응답할 수 있지만, 일반적으로 웹 서버에서 호스팅하는 애플리케이션을 확장하는 데 사용됩니다.

이러한 애플리케이션의 경우 Java 서블릿 기술은 HTTP 전용 서블릿 클래스를 정의합니다.

javax.servlet 및 javax.servlet.http 패키지는 서블릿을 작성하기 위한 인터페이스 및 클래스를 제공합니다.

모든 서블릿은 라이프 사이클 메소드를 정의하는 서블릿 인터페이스를 구현해야 합니다.

일반 서비스를 구현할 때 Java 서블릿 API와 함께 제공되는 GenericServlet 클래스를 사용하거나 확장할 수 있습니다.

HttpServlet 클래스는 HTTP 관련 서비스를 처리하기 위한 doGet 및 doPost와 같은 메소드를 제공합니다.

 

서버에서 처리해야 하는 업무

WAS가 해주는 것     서블릿을 지원하는 WAS 사용할 때 개발자가 하는 것

• 서버 TCP/IP 연결 대기, 소켓 연결
• HTTP 요청 메시지를 파싱해서 읽기
• POST 방식, /save URL 인지
• Content-Type 확인
• HTTP 메시지 바디 내용 파싱
  • username, age 데이터를 사용할 수 있게 파싱
• 저장 프로세스 실행
• 비즈니스 로직 실행
  • 데이터베이스에 저장 요청
• HTTP 응답 메시지 생성 시작
  • HTTP 시작 라인 생성
  • Header 생성
  • 메시지 바디에 HTML 생성에서 입력
• TCP/IP에 응답 전달, 소켓 종료

 

서블릿 특징

@WebServlet(name = "helloServlet", urlPatterns = "/hello")
public class HelloServlet extends HttpServlet {

	@Override
	protected void service(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response){
	  //애플리케이션 로직
	}
}

• urlPatterns(/hello)의 URL이 호출되면 서블릿 코드 실행
• HttpsServletRequest - HTTP 요청 정보를 편리하게 사용
• HttpsServletResponse - HTTP 응답 정보를 편리하게 제공
• → 서블릿을 통해 개발자는 HTTP 스펙을 편리하게 사용

1. 웹 브라우저에서 localhost:8080/hello 라고 요청을 함
2. WAS에서 HTTP 요청 메시지를 기반으로 Request와 Response 객체 생성
3. Request, Response를 파라미터로 넘기면서 Servlet 객체 호출
4. 개발자는 Request 객체에서 HTTP 요청 정보를 꺼내서 사용하고, Response 객체에서 HTTP 응답 정보를 입력할 수 있음.
5. Servlet 종료하면 WAS는 Response 객체 정보로 HTTP 응답 생성
6. 웹 브라우저에 클라이언트에게 전달

 

서블릿 컨테이너

• 톰캣처럼 서블릿을 지원하는 WAS를 서블릿 컨테이너라고 함
• 서블릿 객체를 생성, 초기화, 호출, 종료하는 생명주기 관리
• 서블릿 객체는 싱글톤으로 관리
• 고객의 요청이 올 때 마다 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

 

 

👩‍🍳 동시 요청 - 멀티 쓰레드

쓰레드

• 애플리케이션 코드를 하나하나 순차적으로 실행
• 자바 메인 메서드를 처음 실행하면 main이라는 이름의 쓰레드가 실행
• 쓰레드가 없으면 자바 애플리케이션 실행이 불가능
• 한번에 하나의 코드 라인만 수행
• 동시 처리가 필요하면 쓰레드를 추가로 생성

 

요청마다 쓰레드를 생성

장점

• 동시 요청을 처리할 수 있다.
• 리소스(CPU, 메모리)가 허용할 때 까지 처리가능
• 하나의 쓰레드가 지연 되어도, 나머지 쓰레드는 정상 동작한다.

단점

• 생성 비용이 매우 비싸다.
  • 고객 요청이 올 때 마다 쓰레드를 생성하면, 응답 속도가 늦어진다.
• 컨텍스트 스위칭 비용이 발생한다.
• 쓰레드 생성에 제한이 없다.
  • 고객 요청이 너무 많이 오면, CPU, 메모리 임계점을 넘어서 서버가 죽을 수 있다.

해결방법이 없을까??

 

🤿 쓰레드풀

특징

• 필요한 쓰레드를 쓰레드 풀에 보관 & 관리
• 쓰레드 풀에 생성 가능한 쓰레드의 최대치를 관리한다.
• 톰캣 - 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 있음 → 쓰레드를 생성하고 종료하는 비용(CPU)이 절약 & 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) 수 이다.

낮게 설정 → 동시 요청이 많을 때 클라이언트 응답 지연

높게 설정 → 동시 요청이 많을 때 CPU, 메모리 리소스 임계점 초과로 서버 다운

 

장애 발생시

클라우드 🙆‍♀️ 서버부터 늘림 → 튜닝

클라우드 🙅‍♀️ 열심히 튜닝

 

 

WAS의 멀티 쓰레드 지원

멀티 쓰레드에 대한 부분은 WAS가 처리

개발자가 멀티 쓰레드 관련 코드를 신경쓰지 않아도 된다.

개발자는 마치 싱글 쓰레드 프로그래밍을 하듯이 편리하게 소스 코드를 개발할 수 있다.

멀티 쓰레드 환경이므로 싱글톤 객체(서블릿, 스프링 빈)는 주의해서 사용

 

 

🤹‍♀️ HTML, HTTP API, CSR, SSR

정적 리소스

고정된 HTML 파일, CSS, JS, 이미지 영상 등

주로 웹 브라우저에서 요청하면 웹 서버에서 리소스 파일 전달

 

HTML 페이지

웹 브라우저에서 요청이 오면

WAS는 DB에서 조회 후, 동적으로 HTML 생성하여(뷰 템플릿) 웹 브라우저에게 전달

웹 브라우저는 HTML을 받아서 해석

 

HTTP API

HTML이 아닌 데이터만 전달

주로 JSON 형태로 데이터 통신

웹브라우저에서 요청이 오면

WAS는 DB에서 조회하여 주로 JSON 형식 사용하여 웹 브라우저에게 전달

렌더링에 사용 🙅‍♀️ 다양한 시스템에서 사용 🙆‍♀️

• 웹 클라이언트 to 서버
• 앱 클라이언트 to 서버
• 서버 to 서버

 

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 → 웹 프론트엔드 개발자

 

SSR 서버 사이드 렌더링

• HTML 최종 결과를 서버에서 만들어서 웹 브라우저에 전달
• 주로 정적인 화면에 사용
• 관련기술: JSP, 타임리프 → 백엔드 개발자

 

 

🕵️‍♀️ 자바 백엔드 웹 기술 역사

1997, 서블릿

• HTML 생성이 어렵다.

 

1999, JSP

• HTML 생성 편리
• 비즈니스 로직까지해서 많은 역할 담당
• 유지보수 어려움

 

서블릿, JSP 조합의 MVC 패턴 사용

• 모델, 뷰 컨트롤러로 역할을 나눠서 개발

 

2000년 초 ~ 2010년 초

• 수많은 MVC 프레임워크가 생김 
• MVC 패턴 자동화, 복잡한 웹 기술을 편리하게 사용할 수 있게 다양한 기능 지원

 

현재

• 애노테이션 기반의 스프링 MVC
• 스프링 부트 등장
• 스프링 부트 - 서버 내장
• 빌드 결과인 Jar에 WAS 서버 포함하여 빌드 배포를 단순화
• (과거에는 서버에 WAS 직접 설치, 소스코드를 따로 빌드, War파일을 만들어서 설치후 WAS에 배포)

 

최신 기술 - 스프링 웹 기술의 분화

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

 

🕵️‍♀️ 자바 백엔드 웹 기술 역사

JSP

• 속도 느림, 기능 부족

Freemarker, Velocity

• 속도 문제 해결, 다양한 기능

Thymeleaf

• HTML 모양 유지하면서 뷰 템플릿 적용 가능
• 스프링 MVC와 강력한 기능 통합
• 최선의 선택
• 성능은 Freemarker, Velocity가 더 빠름

 

 

 

참조

김영한, 스프링 MVC 1편 - 백엔드 웹 개발 핵심 기술

스프링 MVC 1편 - 백엔드 웹 개발 핵심 기술 - 인프런 | 강의

 

https://docs.oracle.com/javaee/5/tutorial/doc/bnafe.html

What Is a Servlet? - The Java EE 5 Tutorial

CDN - https://library.gabia.com/contents/infrahosting/8985/

CDN - https://server-talk.tistory.com/52