[Spring MVC] 01. Web Application의 이해

 

01. Web Application의 이해

#Spring/MVC

Web - HTTP

HTTP 메시지에 HTML, TEXT, IMAGE, JSON,…. 거의 모든 형태의 데이터를 전송한다.
서버간에 데이터를 주고 받을 때도 대부분 HTTP를 사용한다.

웹 서버

기본적으로 정적 리소스를 제공하고, 기타 부가 기능을 제공한다.

• 정적(파일) HTML, CSS, JS, 이미지, 영상
• ex) NGINX, APACHE

웹 애플리케이션 서버(WAS - Web Application Server)

• 웹 서버 기능을 포함하고, 정적 리소스 제공 기능도 가지고 있다.
• 프로그램 코드를 실행해서 애플리케이션 로직 수행
  • 동적 HTML, HTTP API(JSON)
  • 서블릿, JSP, 스프링 MVC
• 예) 톰캣(Tomcat) Jetty, Undertow

웹 서버 vs WAS

웹 서버는 정적 리소스, WAS는 애플리케이션 로직에 포커스가 맞춰져있다. 근데 사실 둘이 경계가 애매함.
자바로 서블릿 없이 만들면 웹 서버, 서블릿 포함시키면 WAS가 된다.

웹 시스템 - WAS + DB

웹 서버 없이 WAS랑 DB만으로도 시스템 구성이 가능하다.
WAS에서 정적 리소스, Application 로직을 모두 제공해버리면 된다.

단점

• WAS가 너무 많은 역할을 담당해서 서버에 과부하가 올 수 있다.
• 정적 리소스 내려주는 것 때문에 Application 로직 수행이 영향받을 수 있다.
• WAS에 문제가 생기면 오류 화면도 내려주지 못해버린다.

웹 시스템 구성 - WEB, WAS, DB

• 정적 리소스는 웹 서버가 내려준다
• 웹 서버는 동적인 처리가 필요할 때만 WAS에 요청을 위임한다.
• WAS는 중요한 Application 로직 처리에만 전담할 수 있다.

장점

• 정적 리소스가 많이 사용되면 웹 서버만 늘려주면 된다.
• 애플리케이션 리소스가 많이 사용되면 WAS만 늘려주면 된다.
  • 최근 마이크로 서비스 아케텍처를 사용하는 이유도 비슷하다.
• 정적 리소스만 제공하는 웹 서버는 잘 죽지 않아서, WAS가 죽어도 오류 화면을 내려줄 수 있다.

서블릿

WAS에서 사용자에게 요청을 받고 로직을 수행하고 내려주려면 아주 많은 일을 해야 한다.

직접 구현하면 매우~ 오래걸린다.
그런데 사실 비즈니스 로직 실행을 제외한 나머지 부분은 어떤 WAS에서든지 중복되는 일이다. 서블릿이 해준다.

서블릿을 사용함으로써 우리는 WAS 서버의 비즈니스 로직 실행에만 집중할 수 있다.

서블릿이 어떻게 동작하길래 우리는 비즈니스 로직만 짜주면 되는 것일까?

서블릿

urlPatterns(/hello)의 URL이 호출되면 서블릿 코드가 실행된다.
HttpServletRequest에 HTTP 요청 정보가 담겨서 필요하면 꺼내 쓰면 된다.
HttpServletResponse에 HTTP 응답 정보를 담아주면 서블릿이 알아서 내려준다.
개발자는 HTTP 스펙을 매우 편리하게 사용할 수 있다.

HTTP 요청, 응답 흐름

HTTP 요청 시

• WAS는 Request, Response 객체를 새로 만들어두고 서블릿 객체를 호출한다.
• 개발자는 Request 객체에서 HTTP 요청 정보를 편리하게 꺼내서 사용하고, Response 객체에 응답 정보를 편리하게 입력해주면 된다.
• WAS는 Response 객체에 담겨있는 내용으로 HTTP 응답 정보를 생성해준다.

서블릿 컨테이너

• 톰캣처럼 서블릿을 지원하는 WAS를 서블릿 컨테이너라고 한다.
• 서블릿 객체를 생성, 초기화, 호출, 종료하는 생명주기 관리한다.
• 서블릿 객체는 싱글톤으로 관리된다.
  • 요청마다 객체를 만드는 것은 비효율적이다.
  • 미리 만들어 두고 재활용한다.
  • 모든 고객 요청은 동일한 서블릿 객체 인스턴스에 접근된다.
  • 싱글톤이므로 공유 변수 사용에 주의해야 한다.
  • 서블릿 컨테이너가 종료되면 서블릿도 종료된다.
• JSP도 서블릿으로 변환 되어서 사용된다.
• 동시 요청을 위한 멀티 쓰레드 처리를 지원한다.

쓰레드?

• 애플리케이션 코드를 하나하나 순차적으로 실행하는 것을 쓰레드라고 한다.
• 쓰레드가 없다면 자바 애플리케이션 실행이 불가능하다.
• 쓰레드는 한 번에 하나의 코드 라인만 수행한다. 따라서 동시 처리가 필요하면 쓰레드를 추가로 생성해야 한다.

멀티 쓰레드가 필요하다.

방법 1 : 요청마다 쓰레드를 생성한다.

장점

• 동시 요청을 처리할 수 있다.
• 하나의 쓰레드가 지연 되어도, 나머지 쓰레드는 정상 동작한다.

사실 여기까지는 멀티 쓰레드의 장점이고, 요청마다 쓰레드 생성 시 장점은

• 리소스(CPU, 메모리)가 허용할 때 까지 처리가능

단점

• 쓰레드는 생성 비용은 매우 비싸다.
  • 고객의 요청이 올 때 마다 쓰레드를 생성하면, 응답 속도가 늦어진다.
• 쓰레드는 컨텍스트 스위칭 비용이 발생한다.
  • A의 요청을 처리하다가 B 요청 처리하려면 컨텍스트 스위칭 비용이 발생한다.
• 쓰레드 생성에 제한이 없다.
  • 고객 요청이 너무 많이 오면, CPU, 메모리 임계점을 넘어서 서버가 죽을 수 있다.

이 단점을 개선할 수 있는 방법 쓰레드 풀을 사용한다.

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 절약되고, 응답 시간이 빠르다.
  • 생성 가능한 쓰레드의 최대치가 있으므로 너무 많은 요청이 들어와도 기존 요청은 안전하게 처리할 수 있다.

실무에서 쓰레드 풀 관리

• 최대 쓰레드 수를 너무 낮게 잡으면 서버는 놀고, 클라이언트는 응답 지연이 생긴다.
• 최대 쓰레드 수를 너무 높게 잡으면 서버가 다운된다.
• 만약 서비스 중에 장애가 발생하면
  • 클라우드면 서버 부터 늘린 뒤 튜닝을 한다.
  • 클라우드가 아니면 열심히 튜닝한다.

적정한 쓰레드 풀 숫자 정하기

애플리케이션 로직의 복잡도, CPU, 메모리, IO 리소스 상황에 따라 모두 다르다.
실제 서비스와 최대한 유사하게 성능 테스트를 하자. 아파치 ab, 제이미터, nGrinder 등의 좋은 툴이 있다.

WAS의 멀티쓰레드 지원

우리가 직접 쓰레드를 관리해줘야 하나? X. 멀티 쓰레드에 대한 부분은 WAS가 처리해준다. 우리는 멀티 쓰레드 관련 코드를 신경쓰지 않고 코드를 개발하면 된다.
물론 멀티 쓰레드 환경임은 인지하고 멀티 쓰레드 환경에서 발생할 수 있는 문제점(싱글톤 객체. 서블릿, 스프링 빈)에 대해서는 주의하며 개발하자.

HTML, HTTP API, CSR, SSR

WAS에서 어떤 데이터를 클라이언트에 내려줄텐데, 크게 3가지로 구분할 수 있다.

1. 정적 리소스를 내려주는 것. 주로 웹 브라우저에 내려준다.

2. HTML 페이지: 동적으로 필요한 HTML 파일을 생성해저 전달해준다. 브라우저는 HTML을 해석한다.

3. HTTP API: HTML이 아니라 데이터를 전달한다. 주로 JSON 형식을 사용하고, 웹 브라우저 뿐만 아니라 다양한 시스템에서 호출한다.

 

서버 사이드 렌더링(SSR), 클라이언트 사이드 렌더링(CSR)

• SSR : HTML 최종 결과를 서버에서 만들어서 웹 브라우저에 전달한다. 주로 정적인 화면에 사용한다.
  • 관련 기술 : JSP, 타임 리프 백엔드 개발자가 담당
• CSR : HTML 결과를 자바스크립트를 사용해 웹 브라우저에서 동적으로 생성해서 적용한다.
  • ex) 구글 지도, Gmail…
  • 관련기술: React, Vue.js 웹 프론트엔드 개발자

자바 백엔드 웹 기술

• 과거에 여러 기술을 썼지만, 최근에는 대부분 애노테이션 기반 스프링 MVC를 사용한다.
• 스프링 부트의 등장
  • 스프링 부트는 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
• 최근에는 Spring WebFlux가 등장했다.
  • 비동기 넌 블러킹 처리를 사용해서 최소 쓰레드 최대 성능을 낸다.
  • 함수형 스타일로 개발한다. 동시처리 코드 효율화
  • 서블릿 기술을 사용하지 않음.
  • 난이도고 높고 RDB 지원이 부족하다.
  • 실무에서 아직 많이 사용하지 않는다.
    • 현업자들이 적용할 때 고생한다고 하네요.

뷰 템플릿

JSP를 과거에 많이 썼지만 속도가 느리고, 기능이 부족했다.
이 문제를 해결하고자 한때 프리마커, 벨로시티를 많이 썻지만 업데이트 지연
요즘은 스프링과 통합이 가능한 타임리프를 많이 사용한다.

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