Section1. 웹 애플리케이션 이해

Section1. 웹 애플리케이션 이해

2024. 4. 15. 14:45ㆍ강의/스프링 MVC

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웹 서버, 웹 애플리케이션 서버

웹 - HTTP 기반

웹은 HTTP기반으로 통신한다.
클라이언트에서 URL 치면 인터넷 통해 서버에 접근 하고 서버는 HTTP를 만들어 클라이언트에서 내려줌
HTTP 메시지에 모든 것을 전송

웹 서버(Web Server)

HTTP기반으로 동작
정적 리소스 제공하고 기타 부가기능이 있다.
정적 리소스란 정적 HTML, CSS, JS, 이미지, 영상 등
예 ) NGINX, APACHE

웹 애플리케이션 서버 (WAS - Web Application SErver)

HTTP 기반으로 등작
웹 서버 기능 포함 + 정적 리소스 제공 기능
프로그램 코드를 실행 해 애플리케이션 로직을 수행함
- 동적 HTML, HTTP API (JSON)
- 서블릿 , JSP, 스프링 MVC
예) 톰캣 (Tomcat) Jetty, Undertow

웹 서버와 웹 애플리케이션 서버 (WAS)

차이점

웹 서버는 정적 리소스, WAS 애플리케이션 로직
용어와 경계 모호
웹 서버도 프로그램을 실행하는 기능을 포함하기도 함
웹 애플리케이션 서버도 웹 서버의 기능을 제공
자바는 서블릿 컨테이너 기능을 제공하면 WAS
서블릿 없이 자바 코드를 실행하는 서버 프레임워크도 있음
WAS는 애플리케이션 코드를 실행하는데 더 특화되어 있음

웹 시스템 구성 - WAS와 DB

WAS와 DB만으로 시스템 구성이 가능.
WAS 정적 리소스와 애플리케이션 로직 모두 제공 가능.
WAS가 너무 많은 역할을 담당하여 서버 과부하가 우려됨
가장 비싼 애플리케이션 로직이 정적 리소스 때문에 수행이 어려울 수 있음
WAS장애 시 오류 화면도 노출이 불가능

웹 시스템 구성 - WEB, WAS, DB

웹 서버를 - WAS - DB
정적 리소스는 웹 서버가 처리
웹 서버 애플리케이션 로직같은 동적인 처리가 필요하면 WAS에 요청을 위임
WAS는 중요한 애플리케이션 로직 처리를 전담하게 됨
효율적인 리소스 관리
정적 리소스가 많이 사용되면 Web 서버를 증설
애플리케이션 리소스가 많으면 WAS 증설

서블릿

HTML Form 데이터 전송

폼 데이터를 입력하고 전송하면 웹 애클리케이션 서버에서는 HTML 소켓 대기 로직, 요청 메시지, 응답 메시지 등을 다 직접 구현 해야 함.
서블릿을 지원한 WAS 사용하면 이 모든 작업을 해주어 비즈니스 로직만 구현하면 된다.

특징

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

urlPattherns(/hello)의 URL이 호출되면 서블릿 코드가 실행이 된다.
서버로 요청이 왔을 때 service()호출, 그럼 여기에 애플리케이션 로직만 구현만 해주면 된다.
HTTP 요청 정보를 편리하게 사용할 수 있는 HttpRequestServlet
HTTP 응답 정보를 편리하게 사용할 수 있는 HttpResponseServlet
개발자는 HTTP 스펙을 매우 편리하게 사용할 수 있다.
- HTTP 스펙은 기본적으로 알아야 한다.

HTTP 요청, 응답 흐름

HTTP요청 시
- WAS는 Request, Response 객체를 새로 만들어서 서블릿 객체를 호출
- 개발자는 Request 객체에서 HTTP 요청 정보를 편리하게 꺼내 사용
- 개발자는 Response객체에서 HTTP 응답 정보를 편리하게 꺼내 사용
- WAS는 Response객체에 담겨있는 내용으로 HTTP응답 정보를 생성

서블릿 컨테이너

was안에는 servlet컨테이너가 있는데 이는 servlet객체를 자동으로 생성하고 was종료 될 때 서블릿을 종료시키는 생명 주기를 가지고 있다. (생성, 초기화, 호출, 종료하는 생명주기 관리)
톰캣처럼 서블릿으로 지원하는 was를 서블릿 컨테이너라고 부른다.
서블릿 객체는 싱글톤으로 관리
- 고객의 요청마다 지속적으로 객체를 생성하는 것은 매우 비효율적이다.
- 최초 로딩 시점에 서블릿 객체를 미리 만들어두고 재활용한다.
- 모든 고객 요청은 동일한 서블릿 객체 인스턴스에 접근
- 공유 변수는 사용 주의해야한다.
- 서블릿 컨테이너 종료시 함께 종료한다.
JSP도 서블릿으로 변환되어 사용
동시 요청을 위한 멀티 스레드 처리 지원

동시요청 - 멀티스레드

서블릿은 스레드가 호출한다.

스레드

애플리케이션 코드를 하나하나 순차적으로 실행함
자바 메인 메서드를 처음 실행하면 main이라는 이름의 스레드가 실행
스레드가 없으면 자바 애플리케이션 실행 불가
스레드는 한번에 하나의 코드 라인만 수행
동시 처리 필요 시 스레드를 추가로 생성

단일 요청 - 스레드 하나 사용

요청이 오면 스레드를 할당하고 서블릿을 호출

다중요청 - 스레드 하나 사용

요청이 왔을 때 서블릿 내의 문제로 처리가 지연될 때 다른 요청이 들어왔을 때 스레드는 이미 점유하고 있어 대기하기 된다.
- 그러면 두 요청 모두 죽음 (Timeout등의 오류 발생)
- 요청 마다 스레드를 생성하고 요청이 끝나면 스레드를 날린다.
요청 시마다 스레드를 생성 시
- 장점
  - 동시 요청 처리 가능
  - 리소스가 허용할 때 까지 처리가능
  - 하나의 스레드가 지연되어도 나머지 스레드는 정상 동작
- 단점
  - 스레드는 생성비용이 매우 비쌈
    - 고객의 요청이 올때 마다 스레드 생성 시 응답 속도가 느려짐
  - 스레드는 컨텍스트 스위칭 비용 발생
  - 스레드 생성 제한이 없음
    - 고객 요청이 너무 많으면 CPU, 메모리 임계점을 넘어 서버가 죽을 수 있다.

스레드 풀

스레드 풀에 스레드를 미리 만들어 놓는다.
요청이 오면 스레드 풀에서 스레드를 꺼내 사용한다. 다 사용하면 스레드 풀 안에 반환한다.
특징
- 필요한 스레드를 스레드 풀에 보관하고 관리
- 스레드 풀에 생성 가능한 스레드의 최대츠를 관리 (톰캣은 최대 200개 기본 설정으로 되어있고 변경 가능)
사용
- 스레드가 필요하면 이미 생성되어 있는 스레드를 풀에서 ㅓ내 사용
- 사용 종료 시 스레드 풀에 해당 스르데를 반납
- 최대 스레드가 모두 사용중이어서 스레드 풀에 스레드가 없으면 요청을 거절하거나 특정 수만큼 대기하도록 설정 가능
장점
- 스레드가 미리 생성되어 스레드를 생성/종료하는 비용이 절약되고 응답시간이 빠르다
- 생성 가능한 스레드의 최대치가 있어 너무 많은 요청이 들어와도 기존 요청은 안전하게 처리 가능
실무 팁 (성능 최적화)
- WAS 주요 튜닝 포인트는 최대 스레드 수 (max thread) 수.
  - 이 값을 너무 낮게 설정 시 동시 요청이 많을 경우 서버 리소스는 여유롭지만 클라이언트의 응답 시간이 지연된다.
  - 이 값을 너무 높게 설정 시 동시 요청이 많을 경우 CPU, 메모리 리소스 임계점 초과로 서버 다운
- 장애 발생 시 클라우드이면 서버부터 늘리고 이후에 튜닝한다.
- 클라우드가 아니면 평상시 튜닝부터 한다.
애필리케이션 로직의 복잡도, CPU, 메모리, IO리소스 상황을 고려하여 적정한 숫자를 찾난ㄷ.
성능 테스트로 찾아야 함 (어퍼차 ab, Jmeter, nGrinder)
핵심
- 멀티 스레드에 대한 부분은 WAS가 처리한다.
- 개발자는 멀티 스레드 관련 코드를 신경쓰지 않아도 된다.
- 싱글 스레드 프로그래밍을 하듯이 편리하게 소스 코드를 개발하면 된다.
- 멀티 스레드 환경이브로 싱글톤 객체(서블릿, 스프링 빈)은 주의해서 사용한다.

HTML, HTTP API, CSR, SSR

정적 리소스

고정된 html파일, css, js, 이미지, 영상 등을 제공 (주로 웹 브라우저)
웹서버에서 이미 생성된 파일들을 제공

HTML페이지

WAS가 동적으로 필요한 html파일을 생성해서 전달
웹 브라우저는 html만 받아서 해석을 해줌

HTTP API

HTML이 아닌 데이터를 전달하고 주로 JSON 형식을 사용한다.
다양한 시스템에서 호출
데이터만 주고 받고 UI화면이 필요하면 클라이언트가 별도로 처리한다.
앱, 웹 클라이언트 , 서버 <-> 서버
웹 브라우저에서 자바스크립트 내 ajax로 API호출하면 WAS가 전달해줌
- 웹 클라이언트라고 한다.
HTTP프로토콜로 JSON형식으로 데이터를 주고 받는다.
UI 클라이언트 접점
- 앱 클라이언트 (아이폰, 안드로이드, PC앱)
- 웹 브라우저에서 자바스크립트를 통한 HTTP API 호출
- React, Vue.js같은 웹 클라이언트
서버 <-> 서버
- 주문서버와 결제서버의 통신
- 기업간 데이터 통신

서버사이드 렌더링과 클라이언트 사이드 렌더링

SSR - 서버사이드 렌더링

서버에서 최종 HTML을 생성해서 클라이언트에 전달
서버에서 동적으로 html을 생성해서 그대로 렌더링 하는 것
주로 정적인 화면에 사용
관련 기술 : jsp, 타임리프

CSR - 클라이언트 사이드 렌더링

html결과를 자바스크립트를 사용해 웹 브라우저에서 동적으로 생성해서 적용
주로 동적인 화면에 사용, 웹 환경을 마치 앱 처럼 필요한 부분을 변경할 수 있음.
- 예 ) 구글지도, Gmail, 구글 캘린더
관련기술 : React, Vue.js, (웹 프론트엔드 개발자)

CSR의 동작 원리

1. 웹 브라우저에서 html요청을 한다.

1-1. 서버에서는 내용이 없는 html과 애플리케이션을 구동하는 javascript 링크를 반환한다.

2. 웹 브라우저는 자바 스크립트를 요청한다.

2-1. 그럼 서버는 클라이언트 로직과 html 렌더링 코드가 있는 javascript를 반환한다.

3. 웹브라우저가 http API로 데이터를 요청한다.

3-1. 서버는 DB등에서 데이터를 조회한 후 JSON포맷으로 데이터 결과를 반환한다.

4. 웹 브라우저에 자바스크립트로 html결과를 보여준다.

자바 백엔드 웹 기술 역사

자바 웹 기술 역사

과거기술

서블릿 - 1997
- HTML생성이 어려움
JSP - 1999
- HTML생성은 편리하지만 비즈니스 로직까지 너무 많은 역할을 담당
서블릿, JSP 조합 MVC 패턴 사용
- Model, View, Controller로 역할을 나눠 개발
MVC프레임워크 춘추 전국 시대 - 2000년대 초~2010년 초
MVC패턴 자동화, 복잡한 웹 기술을 편리하게 사용할 수 있는 다양한 기능 지원
- 스트럿츠, 웹워크, 스프링 MVC (과거버전)

현재 사용 기술

애노테이션 기반의 스프링 MVC등장
- @Controller
MVC프레임워크의 춘추 전국 시대 마무리
스프링 부트의 등장
- 스프링 부트는 서버를 내장
- 과거에는 서버에 WAS를 직접 설치하고 소스는 war파일을 만들어 설치한 WAS에 배포
- 스프링 부트는 빌드 결과 (jar)에 WAS 서버 포함 -> 빌드 배포 단순화

최신기술 - 스프링 웹 기술의 분화

Web Servlet - Spring MVC
Web Reactive - Spring WebFlux
스프링 Web Flux
특징
- 비동기 넌 블로킹 처리
- 최소 스레드로 최대 성능 - 스레드 컨텍스트 스위칭 비용 효율화
- 함수형 스타일로 개발 -> 동시처리 코드 효율화
- 서블릿 기술 사용 안함
단점
- 기술적 난이도가 매우 높은
- RDB지원 부족
- 일반 MVC스레드 모델도 충분히 빠름
- 실무에서 아직 많이 사용 안함

자바 뷰 템플릿 역사

자바 웹 기술 역사

JSP
- 속도가 느리고 기능이 부족하다
프리마커(Freemarker), Velocity (벨로시티)
- 속도 문제 해결, 다양한 기능
타임리프
- 내추럴 템플릿 : html모양 유지하면서 뷰 템플릿 적용 가능
- 스프링 MVC와 강력한 기능 통합

■ 출처 : 인프런, 스프링 MVC 1편 - 백엔드 웹 개발 핵심 기술 (김영한)

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