[Spring MVC] 웹 애플리케이션 이해

웹 서버, 웹 애플리케이션 서버

웹(HTTP 기반)

HTML 메시지로 HTML, TEXT, 이미지, 음성, 영상, JSON, XML 등등 모든 형태의 데이터를 전송할 수 있다.

 

웹 서버(Web Server)

HTML 기반으로 동작하고 정적 리소스를 제공하며 기타 부가 기능을 가진다.

정적 리소스는 HTML, CSS, JS, 이미지, 영상 등이 있다.

기술: Nginx, Apache

 

웹 애플리케이션 서버(Web Application Server - WAS)

HTML 기반으로 동작하고 웹 서버의 기능을 포함한다.

프로그램 코드를 실행하여 애플리케이션 로직을 수행한다.

• 동적 HTML, HTTP API(JSON)
• 서블릿, JSP, 스프링 MVC

기술: Tomcat, Jetty, Undertow

 

웹 서버(Web Server) VS 웹 애플리케이션 서버(WAS)

웹 서버는 정적 리소스(파일), WAS는 애플리케이션 로직으로 일반적으로 분류하지만 사실 둘의 경계가 모호하다.

Java의 경우, 서블릿 컨테이너 기능을 제공하면 WAS라고 한다.

WAS는 애플리케이션 코드를 실행하는 데에 특화되어 있다.

 

웹 시스템 구성

1. WAS, DB

[웹 브라우저] ▶ [애플리케이션 로직-WAS-HTML/CSS/JS-이미지] ▶ [DB]

 

WAS와 DB 만으로 시스템을 구성할 수는 있지만 몇 가지 단점이 있다.

• WAS가 너무 많은 역할을 담당하여 서버가 과부하될 수 있다.
• 가장 비싼 애플리케이션 로직이 정적 리소스로 인해 로직 수행이 어려울 수 있다.
• WAS에 장애가 생기면 오류 화면 조차 노출되지 않는다.

 

2. WEB, WAS, DB

[웹 브라우저] ▶ [Web Server-HTML/CSS/JS-이미지] ▶ [WAS-애플리케이션 로직] ▶ [DB]

 

위와 같은 문제점으로 인해 웹 서버를 따로 두어 정적 리소스를 처리한다.

애플리케이션 로직과 같은 동적인 처리가 필요하면 WAS에 위임하고, WAS는 중요한 애플리케이션 로직 처리만 맡는다.

이는 몇 가지 장점을 가지게 된다.

• 정적 리소스가 많이 사용되면 웹 서버를 증설하고, 애플리케이션 리소스가 많이 사용되면 WAS를 증설하는 등 효율적인 리소스 관리가 가능하다.
• 애플리케이션 로직이 동작하는 WAS는 잘 죽지만 정적 리소스만 제공하는 웹 서버는 잘 죽지 않기 때문에 WAS나 DB 장애 시 웹 서버가 오류 화면을 제공할 수 있다.

 

서블릿(Servlet)

서블릿이란?

클라이언트 요청을 처리하고, 그 결과를 반환하는 Servlet 클래스의 구현 규칙을 지킨 자바 웹 프로그래밍 기술

 

출처 : 인프런 김영한님 강의 [스프링 MVC 1편 - 백엔드 웹 개발 핵심 기술]

 

클라이언트가 웹 페이지에서 전송 버튼을 누를 경우 위와 같이 웹 브라우저가 요청 HTTP 메시지를 생성한다.

 

출처 : 인프런 김영한님 강의 [스프링 MVC 1편 - 백엔드 웹 개발 핵심 기술]

 

웹 애플리케이션 서버를 직접 구현한다면 왼쪽 로직을 모두 구현해야 하며,

서블릿을 지원하는 WAS를 사용할 경우 개발자들은 의미있는 비즈니스 로직만 구현하면 된다.

 

서블릿 특징

• urlPatterns의 URL이 호출되면 서블릿 코드가 실행된다.
• HTTP 요청 정보를 편리하게 사용할 수 있는 HttpServletRequest
• HTTP 응답 정보를 편리하게 제공할 수 있는 HttpServletResponse
• 개발자는 HTTP 스펙을 매우 편리하게 사용할 수 있다.
• HTTP 관련 기본 지식은 필수로 알아야 한다.

@WebServlet(name = "helloServlet", urlPatterns = "/hello")
public class HelloServlet extends HttpServlet {
	
	@Override
	protected void service(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) {
		// 애플리케이션 로직
	}
}

 

HTTP 요청, 응답 흐름

출처 : 인프런 김영한님 강의 [스프링 MVC 1편 - 백엔드 웹 개발 핵심 기술]

 

1. HTTP 요청 시 WAS는 Request, Response 객체를 새로 만들어서 서블릿 객체를 호출한다.
2. 개발자는 Request 객체에서 HTTP 요청 정보를 편리하게 꺼내서 사용한다.
3. 개발자는 Response 객체에 HTTP 응답 정보를 편리하게 입력한다.
4. WAS는 Response 객체에 담겨있는 내용으로 HTTP 응답 정보를 생성한다.

 

서블릿 컨테이너

• Tomcat과 같이 서블릿을 지원하는 WAS를 서블릿 컨테이너라고 한다.
• 서블릿 컨테이너는 서블릿 객체를 생성, 초기화, 호출, 종료를 하는 생명주기를 관리한다.
• 서블릿 객체는 싱글톤으로 관리된다.
  • 따라서 고객 요청이 올 때 마다 계속 객체를 생성하는 것은 비효율적이다.
  • 최초 로딩 시점에 서블릿 객체를 미리 만들어두고 재활용한다.
  • 즉, 모든 고객 요청은 동일한 서블릿 객체 인스턴스에 접근한다.
  • 공유 변수 사용 주의를 해야 한다. (예: 로그인할 때 다른 사람의 계정에 접속하는 경우)
  • 서블릿 컨테이너 종료 시 함께 종료된다.
• JSP도 서블릿으로 변환되어 사용한다.
• 동시 요청을 위한 멀티 쓰레드 처리를 지원한다.

즉, WAS는 Web Server + Web Container(Servlet Container)로 구성되어 있다.

위 그림의 service()는 서블릿이 브라우저 요청을 처리하는 단계이며, doGet(), doPost()는 각각 GET, POST 등과 같은 HTTP 요청을 처리하는 과정이다. init()은 객체 생성 후 최초 1회이며, doGet(), doPost()는 요청이 들어올 때마다 매번 호출된다.

 

동시 요청 - 멀티 쓰레드

쓰레드

출처 : 인프런 김영한님 강의 [스프링 MVC 1편 - 백엔드 웹 개발 핵심 기술]

• 쓰레드는 애플리케이션 코드를 실행하는 것으로 서블릿 객체를 호출한다.
• 자바 main 메서드를 처음 실행하면 main 이라는 쓰레드의 이름으로 실행된다.
• 쓰레드는 한 번에 하나의 코드 라인만을 실행하므로 동시 처리가 필요할 경우 쓰레드를 추가로 생성해야 한다.

출처 : 인프런 김영한님 강의 [스프링 MVC 1편 - 백엔드 웹 개발 핵심 기술]

• 만약, DB 작업 등으로 인해 요청 처리가 지연된다면 새로운 쓰레드를 생성하는 것으로 새로운 요청을 처리할 수 있다.

 

하지만, 요청마다 쓰레드를 새로 생성한다면 어떨까?

장점	단점
동시 요청 처리 가능	쓰레드 생성 비용 매우 비싸서 요청마다 쓰레드 생성 시 응답 속도가 늦어짐
리소스(CPU, 메모리)가 허용할 때까지 처리가 가능하여 리소스를 최대한 활용함	컨텍스트 스위칭 비용이 발생함
하나의 쓰레드가 지연되어도 나머지 쓰레드는 정상 동작함	쓰레드 생성에 제한이 없어 고객 요청이 너무 많이 오면 서버가 죽을 수도 있음

 

쓰레드 풀

출처 : 인프런 김영한님 강의 [스프링 MVC 1편 - 백엔드 웹 개발 핵심 기술]

출처 : 인프런 김영한님 강의 [스프링 MVC 1편 - 백엔드 웹 개발 핵심 기술]

 

특징

• 쓰레드 풀은 요청마다 쓰레드를 생성하는 방식을 보완하기 위해 사용한다.
• 필요한 쓰레드를 쓰레드 풀에 보관하고 관리한다.
• 쓰레드 풀에서 생성 가능한 쓰레드의 최대치를 관리한다.
• 톰캣은 최대 200개가 기본이다.

 

사용

• 쓰레드가 필요할 경우 쓰레드 풀에서 이미 생성된 쓰레드를 사용한다.
• 사용을 종료하면 쓰레드 풀에 해당 쓰레드를 반납한다.
• 쓰레드가 모두 사용 중이어서 쓰레드 풀에 쓰레드가 없을 경우 거절하거나 특정 숫자만큼 대기할 수 있다.

 

장점

• 쓰레드가 미리 생성되어 있어 쓰레드를 생성하고 종료하는 CPU 비용이 절약되고 응답 시간이 향상된다.
• 생성 가능한 쓰레드의 최대치를 정하여 너무 많은 요청이 들어와도 기존 요청을 안전하게 처리 가능하다.

 

실무 Tip

• 최대 쓰레드 수는 WAS의 주요 튜닝 포인트이다.
• 너무 낮으면 서버 리소스는 여유롭지만 클라이언트는 금방 응답 지연을 겪게 된다.
• 너무 높으면 서버가 다운될 위험성이 커진다.

 

 

쓰레드 풀의 적정한 숫자

• 애플리케이션 로직의 복잡도, CPU, 메모리, I/O 리소스 상황에 따라 천차만별이다.
• 최대한 실제 서비스와 유사하게 성능 테스트를 시도하는 것이 좋다. (Apache AB, JMETER, nGrinder)

 

WAS의 멀티 쓰레드 지원

• 멀티 쓰레드에 대한 부분은 WAS가 처리한다.
• 개발자가 멀티 쓰레드 관련 코드를 고려하지 않아도 된다.
• 마치 싱글 쓰레드 프로그래밍 하듯이 편리하게 소스 코드를 개발하면 된다.
• 멀티 쓰레드 환경이므로 싱글톤 객체(서블릿, 스프링 빈)는 주의해서 사용한다.

 

HTML, HTTP API, CSR, SSR

정적 리소스(Static Resource)

고정된 HTML 파일, CSS, JS, 이미지, 영상 등을 주로 웹 브라우저로 제공한다.

웹 브라우저(요청 /hello.html)
→ Web Server
→ /폴더/web/hello.html
    /폴더/web/hello.css
    /폴더/web/hello.js
    /폴더/image/hello.jpg
→ 웹 브라우저

 

HTML 페이지

동적으로 필요한 HTML 파일을 생성해서 웹 브라우저에 전달하고 웹 브라우저는 HTML을 해석한다.

웹 브라우저(요청 /orders.html)
→ WAS → 주문 정보 조회 DB
→ WAS → 동적으로 HTML 생성, JSP, 타임리프 → HTML → 웹 브라우저

 

HTML API

HTML이 아닌 JSON 등의 데이터를 전달하며, 다양한 시스템에서 호출한다.

API를 통해서는 데이터만 주고 받고 UI가 필요한 경우 클라이언트에서 별도로 처리한다.

• 웹 클라이언트(JavaScript, React, Vue.js) to 서버
• 앱 클라이언트(아이폰, 안드로이드, PC 앱) to 서버
• 서버 to 서버(주문 서버 → 결제 서버, 기업 간 데이터 통신)

웹 브라우저???(요청 /orders)
→ WAS → 주문 정보 조회 DB
→ WAS → DATA(JSON {"주문번호": 100, "금액": 5000}) → 웹 브라우저???

 

서버 사이드 렌더링(SSR)

HTML 최종 결과를 서버에서 만들어 웹 브라우저에 전달한다.

주로 정적인 화면에서 사용하며, JSP와 Thymeleaf 등이 있다.

웹 브라우저(요청 /orders.html)→ 서버 → 주문 정보 조회 DB
→ WAS → 동적으로 HTML 생성, JSP, 타임리프 → HTML → 웹 브라우저

 

클라이언트 사이드 렌더링(CSR)

HTML 결과를 JavaScript로 웹 브라우저에서 동적으로 생성한다.

주로 동적인 화면에 사용하며, 웹 환경을 마치 앱처럼 필요한 부분마다 변경할 수 있다.

JavaScript로 HTML 결과를 렌더링한다.

React, Vue.js 등이 있다.

 

 

 

참고 자료

내용 참고 : 인프런 김영한 님의 강의 "스프링 MVC 1편 - 백엔드 웹 개발 핵심 기술"