웹 애플리케이션 이해

Web Development/스프링 MVC 1편

웹 애플리케이션 이해

_dear 2024. 7. 6. 16:56

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(특정 사용자에 따라 다른화면 출력가능)

- 동적 HTML, HTTP API(JSON)

- 서블릿, JSP, 스프링 MVC

- 예) 톰캣(Tomcat), Jetty, Undertow

웹 서버 VS 웹 애플리케이션 서버(WAS)

- 웹 서버는 정적 리소스(파일), WAS는 애플리케이션 로직

- 사실은 둘의 용어도 경계도 모호함

- 웹 서버도 프로그램을 실행하는 기능을 포함하기도 함

- 웹 애플리케이션 서버도 웹 서버의 기능을 제공함

- 자바는 서블릿 컨테이너 기능을 제공하면 WAS

- 서블릿 없이 자바코드를 실행하는 서버 프레임워크도 있음

- WAS는 애플리케이션 코드를 실행하는데 더 특화

웹 시스템 구성 - WAS, DB

- WAS, DB 만으로 시스템 구성 가능(최소한으로 구성)

- WAS는 정적 리소스, 애플리케이션 로직 모두 제공 가능

[단점]

- WAS가 너무 많은 역할을 담당, 서버 과부하 우려

- 가장 비싼 애플리케이션 로직(비즈니스 로직 포함)이 정적 리소스 때문에 수행이 어려울 수 있음

- WAS 장애시 오류 화면도 노출 불가능(WAS의 장애는 생각보다 취약함)

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

- 효율적인 리소스 관리

- 정적 리소스가 많이 사용되면 Web 서버 증설

- 애플리케이션 리소스가 많이 사용되면 WAS 증설

- 정적 리소스만 제공하는 웹 서버는 잘 죽지 않음(파일을 단순히 읽어서 제공만 하면됨)

- 애플리케이션 로직이 동작하는 WAS 서버는 잘 죽음

- WAS, DB 장애시 WEB 서버가 오류 화면 제공 가능

[서블릿]

HTML Form 데이터 전송

POST 전송 - 저장

서버에서 처리해야 하는 업무

웹 애플리케이션 서버 직접 구현

-> 서블릿을 지원하는 WAS 사용

- 의미있는 비즈니스 로직을 제외한 모든 업무를 지원

서블릿

특징

- urlPatterns(/hello)의 URL이 호출되면 서블릿 코드가 실행

- HTTP 요청 정보를 편리하게 사용할 수 있는 HttpServletRequest

- HTTP 응답 정보를 편리하게 제공할 수 있는 HttpServletResponse

- 개발자는 HTTP 스펙을 매우 편리하게 사용

HTTP 요청, 응답 흐름

- HTTP 요청시

- WAS는 Request, Response 객체를 새로 만들어서 서블릿 객체 호출

- 개발자는 Request 객체에서 HTTP 요청 정보를 편리하게 꺼내서 사용

- 개발자는 Response 객체에 HTTP 응답 정보를 편리하게 입력

- WAS는 Response 객체에 담겨있는 내용으로 HTTP 응답 정보를 생성

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 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 멀티스레드 처리 지원(여러 사용자가 서버에 동시에 접근가능)

동시 요청 - 멀티스레드

서블릿을 호출하는 주체는 쓰레드

쓰레드

- 애플리케이션 코드를 하나하나 순차적으로 실행하는 것은 쓰레드

- 자바 메인 메소드를 처음 실행하면 main 이라는 이름의 쓰레드가 실행

- 쓰레드가 없다면 자바 애플리케이션 실행이 불가능

- 쓰레드는 한번에 하나의 코드 라인만 수행

- 동시 처리가 필요하면 쓰레드를 추가로 생성

단일 요청 - 쓰레드 하나 사용

다중 요청 - 쓰레드 하나 사용

- 둘다 지연 됨

장단점

[장점]

- 동시 요청을 처리할 수 있다.

- 리소스(cpu, 메모리)가 허용할 때 까지 처리가능

- 하나의 쓰레드가 지연되어도, 나머지 쓰레드는 정상 동작한다.

[단점]

- 쓰레드는 생성 비용은 매우 비싸다

- 고객의 요청이 올 때 마다 쓰레드를 생성하면, 응답 속도가 늦어진다.

- 쓰레드는 컨텍스트 스위칭 비용이 발생한다

(cpu는 제한되어 있어서 여러개의 쓰레드를 번갈아가며 수행해야함)

- 쓰레드 생성에 제한이 없다.

- 고객 요청이 너무 많이 오면, cpu, 메모리 임계점을 넘어서 서버가 죽을 수 있다.

(ex. 수강신청, 할인... 등등)

이를 해결 하기 위해, 보통의 WAS들은 아래와 같은 방식으로 구현되어 있음

쓰레드 풀

쓰레드 풀안에 미리 제한된 쓰레드를 만들어 놓음

필요 시, 놀고있는 쓰레드를 주세요 라고 요청

-> 다쓰면 쓰레드 풀에 재반납

요청 마다 쓰레드 생성의 단점 보완

- 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, 응답시간이 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, cpu, 메모리 리소스 임계점 초과로 서버 다운

- 장애 발생시?

- 클라우드면 일단 서버부터 늘리고 이후에 튜닝

- 클라우드가 아니면 열심히 튜닝

- 최소한, CPU 50%는 사용해야함'

=> 쓰레드 풀의 적정숫자는 어떻게 찾나요 ?

- 애플리케이션 로직의 복잡도, CPU, 메모리, IO 리소스 상황에 따라 모두 다름

- 성능 테스트

- 최대한 실제 서비스와 유사하게 성능 테스트 시도

- 툴: 아파치 ab, 제이미터, nGrinder

WAS의 멀티쓰레드 지원

[핵심] 개발 향상성 ⭐

- 멀티쓰레드에 대한 부분은 WAS가 처리

- 개발자가 멀티쓰레드 관련 코드를 신경쓰지 않아도 됨

- 개발자는 마치 싱글 쓰레드 프로그래밍을 하듯이 편리하게 소스코드를 개발

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

자바 백엔드 웹 기술 역사

[과거 기술]

- 서블릿 - 1997

- HTML 생성이 어려움

- JSP - 1999

- HTML 생성은 편리하지만, 비즈니스 로직까지 너무 많은 역할 담당

- 서블릿, JSP조합 MVC 패턴 사용

- 모델, 뷰, 컨트롤러로 역할을 나누어 개발

- MVC 프레임워크 춘추 전국 시대 - 2000년 초 ~ 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

- 스프링부트의 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

[최신 기술- 스프링 웹 기술의 분화]

Web Servlet - Spring MVC ⭐

Web Reactive - Spring WebFlux

특징

- 비동기 넌 블러킹 처리

- 최소 쓰레드로 최대 성능 - 쓰레드 컨텍스트 스위칭 비용 효율화

- 함수형 스타일로 개발 - 동시처리 코드 효율화

- 서블릿 기술 사용X(netty 사용)

단점

- 웹 플럭스는 기술적 난이도 매우 높음

- 아직은 RDB(관계형DB) 지원 부족(DynamoDB, mongoDB 는 사용 괜찬음)

- 일반 MVC의 쓰레드 모델도 충분히 빠르다.

- 실무에서 아직 많이 사용하지 않음(전체 1% 이하)

자바 뷰 템플릿 역사

[HTML을 편리하게 생성하는 뷰 기능]

- JSP

- 속도 느림, 기능 부족

- 프리마커(Freemarker), Velocity(벨로시티)

- 속도 문제 해결, 다양한 기능

- 타임리프(Thymeleaf)

- 내추럴 템플릿: HTML의 모양을 유지하면서 뷰 템플릿 적용 가능

- 스프링 MVC와 강력한 기능 통합

- 최선의 선택, 단 성능은 프리마커, 벨로시티가 더 빠름