기초단계/SPRING

2023.05.27 Spring

춘핑이 2023. 5. 31. 09:07

스프링 인프런 김영한

스프링 MVC 1편 - 백엔드 웹 개발 핵심 기술

1.강의소개

요즘은 웹어플리케이션위에서 돌아간다
어려운데 왜냐하면 HTTP기반으로 돌아가기 때문이다.
개발역사가 오래되었는데 기능이 다 추상화 되어 잇기 때문이다.
또한 스프링 MVC 때문이다 굉장히 기능이 추가되었기 때문이다.

이 강의는 옛날로 돌아가서 코드로 직접만들어가면서 알아볼 예정이다.
어떤 어려움이 잇어서 생겨낫는지 등등을 배울 것이다.
MVC프레임워크를 처음부터 만들어볼것이다.

2. 웹서버, 웹 어플리케이션 서버

웹은 HTTP를 기반으로 통신을 한다.
클라이언트에서 서버로 요청할때 응답할때 이것을 기반으로 한다.

모든 것이 HTTP
HTTP 메시지에 모든 것을 전송
HTML, TEXT
IMAGE, 음성, 영상, 파일
JSON, XML (API)
거의 모든 형태의 데이터 전송 가능
서버간에 데이터를 주고 받을 때도 대부분 HTTP 사용

웹 서버(Web Server)란
HTTP 기반으로 동작한다.
정적 리소스 제공, 기타 부가기능을 제공한다.
정적(파일) HTML, CSS, JS, 이미지, 영상
예) NGINX, APACHE

웹 애플리케이션 서버(WAS - Web Application Server)
HTTP 기반으로 동작한다.
웹 서버 기능 포함하고 더 기능이 있다(정적 리소스 제공 가능)
프로그램 코드를 실행해서 애플리케이션 로직 수행할 수 있다.
웹서버는 동적으로 변경이 불가능하다.
동적 HTML, HTTP API(JSON), 서블릿, JSP, 스프링 MVC
예) 톰캣(Tomcat) Jetty, Undertow

웹 서버, 웹 애플리케이션 서버(WAS) 차이
웹 서버는 정적 리소스(파일), WAS는 애플리케이션 로직이 있다.
웹 서버도 프로그램을 실행하는 기능을 포함하기도 해서 경계가 모호하다.
웹 애플리케이션 서버도 웹 서버의 기능을 제공할 수 있다.
자바는 서블릿 컨테이너 기능을 제공하면 WAS
서블릿 없이 자바코드를 실행하는 서버 프레임워크도 있다.
결론적으로 WAS는 애플리케이션 코드를 실행하는데 더 특화되어 있다.
크게는 웹서버는 정적 리소스 WAS는 동적으로 한다고 생각하면될 것같다.

웹 시스템 구성 - WAS, DB
WAS, DB 만으로 시스템 구성 가능하다.
WAS는 정적 리소스, 애플리케이션 로직 모두 제공 가능하다.

이러면 WAS가 너무 많은 역할을 담당, 서버 과부하 우려가 있다.
HTML등 정적은 싼데 어플리케이션 로직은 다른걸 요청하고 등등을 해서 비싸다.
가장 비싼 애플리케이션 로직이 정적 리소스 때문에 수행이 어려울 수 있다.
WAS 장애시 오류 화면도 노출 불가능하다.

그래서 보통은 웹서버를 웹어플리케이션 앞에 둔다.
정적 리소스는 웹 서버가 처리하고
웹 서버는 애플리케이션 로직같은 동적인 처리가 필요하면 WAS에 요청을 위임한다.
WAS는 중요한 애플리케이션 로직 처리 전담을 하게 된다.

이러면 업무를 분담할 수 있다.

효율적인 리소스 관리를 할 수 있게 된다.
정적 리소스가 많이 사용되면 Web 서버 증설하면되고
애플리케이션 리소스가 많이 사용되면 WAS 증설하면된다.

정적 리소스만 제공하는 웹 서버는 잘 죽지 않는다.
애플리케이션 로직이 동작하는 WAS 서버는 잘 죽는다.
WAS, DB 장애시 WEB 서버가 오류 화면은 제공 가능하다.

실제는 정적 리소스를 캐시하는 중간 서버를 두기도 한다.

3. 서블릿

만약 HTML Form으로 데이터 전송한다고 가정해보자.

서버에서 처리해야 하는 업무로 웹 애플리케이션 서버 직접 구현해야한다.

서버 TCP/IP 연결 대기, 소켓 연결
HTTP 요청 메시지를 파싱해서 읽기
POST 방식, /save URL 인지
Content-Type 확인
HTTP 메시지 바디 내용 피싱
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

원래는 이 많은 단계를 거쳐야한다.

서블릿을 지원하는 WAS 사용하면 비즈니스 로직 전 파싱하는 등의 행위를 대신해준다.
서블릿은 다음과 같이 생겼다.

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

서블릿을 사용하게 되면
urlPatterns(/hello)의 URL이 호출되면 서블릿 코드가 실행되고
HTTP 요청 정보를 편리하게 사용할 수 있는 HttpServletRequest
HTTP 응답 정보를 편리하게 제공할 수 있는 HttpServletResponse
이런식으로 서블릿으로 개발자는 HTTP 스펙을 매우 편리하게 사용할 수 있다.

그래도 기본을 알아야 어떻게 꺼내지고 넣을 수 있는지 이해할 수 있다.

HTTP 요청, 응답 흐름
HTTP 요청시
WAS는 Request, Response 객체를 새로 만들어서 서블릿 객체 호출한다.
개발자는 Request 객체에서 HTTP 요청 정보를 편리하게 꺼내서 사용한다.
개발자는 Response 객체에 HTTP 응답 정보를 편리하게 입력할 수 잇다.
WAS는 Response 객체에 담겨있는 내용으로 HTTP 응답 정보를 생성할 수 잇다.

서블릿 컨테이너
톰캣처럼 서블릿을 지원하는 WAS를 서블릿 컨테이너라고 한다.
서블릿 컨테이너는 서블릿 객체를 생성, 초기화, 호출, 종료하는 생명주기 관리해준다.

서블릿 객체는 싱글톤으로 관리한다. 스프링이 서블릿기반이기 때문에 같은 원리이다.
고객의 요청이 올 때 마다 계속 객체를 생성하는 것은 비효율적이기 때문이다.
최초 로딩 시점에 서블릿 객체를 미리 만들어두고 재활용한다.
모든 고객 요청은 동일한 서블릿 객체 인스턴스에 접근한다.
그래서 공유 변수 사용 주의해야한다.
서블릿 컨테이너 종료시 함께 종료된다.

JSP도 서블릿으로 변환 되어서 사용된다.
동시 요청을 위한 멀티 쓰레드 처리 지원한다.
멀티쓰레드를 알아서 지원해주기 때문에 개발자가 상관쓰지 않아도 되는 것이다.

4. 동시 요청 - 멀티 쓰레드

백엔드 개발자는 이게 정말 중요하다.
이 개념을 알아야 많은 커넥션을 어떻게 처리해야하지에 대해서 이해할 수 있다.

웹브라우저에서 요청하면 WAS에서 서블릿을 호출해서 응답해주는데
이 서블릿을 누가 호출하냐면 쓰레드가 호출해준다.

쓰레드는 애플리케이션 코드를 하나하나 순차적으로 실행하는 것은 쓰레드이다.
자바 메인 메서드를 처음 실행하면 main이라는 이름의 쓰레드가 실행된다.
쓰레드가 없다면 자바 애플리케이션 실행이 불가능하다.
쓰레드는 한번에 하나의 코드 라인만 수행한다.
동시 처리가 필요하면 쓰레드를 추가로 생성해야한다.

단일 요청 - 쓰레드 하나 사용한다.
요청이 오면 쓰레드를 할당하고 응답을 하면 쓰레드가 휴식하게 된다.

쓰레드가 하나일때 다중요청이 오면 처리 중에 기다려야해서 처리 지연된다고 해보자.
두번째 요청은 쓰레드가 하나밖에 없어서 쓰레드를 기다리게 되야한다.
둘다 쓰레드가 일을 하고 잇어서 둘다 기다리게 된다.

이문제를 해결하려면 단순하게 요청마다 쓰레드를 생성하면된다.
장단점
장점
동시 요청을 처리할 수 있다.
리소스(CPU, 메모리)가 허용할 때 까지 처리가능하다.
하나의 쓰레드가 지연 되어도, 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.
쓰레드 생성에 제한이 없다.
고객 요청이 너무 많이 오면, CPU, 메모리 임계점을 넘어서 서버가 죽을 수 있다.

그래서 이걸 해결하기 위해 내부에 쓰레드 풀을 가지고 있다.
미리 내부에 쓰레드들이 놀고 있다가 요청이 오면 쓰레드풀에서 쓰레드플 줘서 일하게 된다.
다쓰면 쓰레드풀에 다시 반납하게 된다.

장점은 한계에 의한 요청을 실행하고 있으면 클라이언트를 대기하거나 거절할 수 있다.
그래서 요청 마다 쓰레드 생성의 단점 보완할 수 있다.

특징
필요한 쓰레드를 쓰레드 풀에 보관하고 관리한다.
쓰레드 풀에 생성 가능한 쓰레드의 최대치를 관리한다.
톰캣은 최대 200개 기본 설정되어 있고 변경가능하다.

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

실무 팁
WAS의 주요 튜닝 포인트는 최대 쓰레드(max thread) 수이다.

이 값을 너무 낮게 설정해버리면
동시 요청이 많으면 서버 리소스는 여유롭지만 클라이언트는 금방 응답 지연된다.

이 값을 너무 높게 설정하면
동시 요청이 많으면, CPU, 메모리 리소스 임계점 초과로 서버 다운될 수 있다.

장애 발생시
클라우드면 일단 서버부터 늘리고, 이후에 튜닝해야한다.
클라우드가 아니면 열심히 튜닝해야한다.

쓰레드 풀의 적정 숫자는 어떻게 찾나?
애플리케이션 로직의 복잡도, CPU, 메모리, IO 리소스 상황에 따라 모두 다르다.!!

그래서 최대한 실제 서비스환경과 유사하게 성능 테스트 시도해야한다.
아파치 ab, 제이미터, nGrinder등의 툴을 사용해서 테스트할 수 있다.

핵심은 멀티 쓰레드에 대한 부분은 WAS가 처리한다는 것이다.
개발자가 멀티 쓰레드 관련 코드를 신경쓰지 않아도 된다.
개발자는 마치 싱글 쓰레드 프로그래밍을 하듯이 편리하게 소스 코드를 개발하면된다.
어찌됫든 멀티 쓰레드 환경이므로 싱글톤 객체(서블릿, 스프링 빈)는 주의해서 사용해야한다.

5. HTML, HTTP API, CSR, SSR

백엔드 개발자들이 어디까지 이런용어를 알아야하는가?

5.1 정적 리소스

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

동적으로 필요한 HTML 파일을 생성해서 전달한다.
웹 브라우저는 HTML 해석해서 보여주게 된다.

5.2 HTTP API

HTML이 아니라 데이터를 전달한다.
주로 JSON 형식 사용한다.
다양한 시스템에서 호출할 수 있다.

데이터만 주고 받는다. UI 화면이 필요하면 클라이언트가 별도 처리해야한다.
자바스크립트 AJAX, 패치 API등등을 이용해서 보여주게 된다.
앱, 웹 클라이언트, 서버 to 서버등에 사용된다.

주로 JSON 형태로 데이터 통신한다.
UI 클라이언트 접점
-앱 클라이언트(아이폰, 안드로이드, PC 앱)
-웹 브라우저에서 자바스크립트를 통한 HTTP API 호출
-React, Vue.js 같은 웹 클라이언트

서버 to 서버
-주문 서버 -> 결제 서버
-기업간 데이터 통신 등에 사용한다.

사실 세가지이다.
정적리소스를 어떻게 제공할건지
동적으로 필요한 HTML페이지 어떻게 제공할건지
HTTP API를 어떻게 전달할건지

서버사이드 렌더링, 클라이언트 사이드 렌더링

5.3 SSR - 서버 사이드 렌더링

HTML 최종 결과를 서버에서 만들어서 웹 브라우저에 전달하는것이다.
주로 정적인 화면에 사용한다.
관련기술: JSP, 타임리프 -> 백엔드 개발자

5.4 CSR - 클라이언트 사이드 렌더링

HTML 결과를 자바스크립트를 사용해 웹 브라우저에서 동적으로 생성해서 적용한다.
주로 동적인 화면에 사용, 웹 환경을 마치 앱 처럼 필요한 부분부분 변경할 수 있다.
예) 구글 지도, Gmail, 구글 캘린더
관련기술: React, Vue.js -> 웹 프론트엔드 개발자들의 영역에서 주로 사용하게 된다.

참고
React, Vue.js를 CSR + SSR 동시에 지원하는 웹 프레임워크도 있다.
SSR을 사용하더라도 자바스크립트를 사용해서 화면 일부를 동적으로 변경 가능하다.

CSR은 HTML을 서버에 요청하는 것은 같다.
서버는 텅텅빈 HTML을 내려주고 자바스크립트에 대한 링크를 내려준다.
이 자바스크립트에는 클라이언트 로직 HTML렌더링 코드 등이 들어있다.
클라이언트는 이 자바스크립트로 HTTP API로 데이터를 요청하게 된다.
JSON같은 형식으로 데이터를 받아서 브라우저에서는 자바스크립트로 HTML결과를 렌더링하게 된다.

백엔드 개발자 입장에서 UI 기술
백엔드 - 서버 사이드 렌더링 기술
JSP, 타임리프(JSP는 거의 죽엇고 타임리프를 많이 사용한다.)
화면이 정적이고, 복잡하지 않을 때 사용한다.
백엔드 개발자는 서버 사이드 렌더링 기술 학습 필수이다.

웹 프론트엔드 - 클라이언트 사이드 렌더링 기술
React, Vue.js
복잡하고 동적인 UI 사용한다.
웹 프론트엔드 개발자의 전문 분야이다.

서로의 장단점이 있다.

선택과 집중
백엔드 개발자의 웹 프론트엔드 기술 학습은 옵션이다.
백엔드 개발자는 서버, DB, 인프라 등등 수 많은 백엔드 기술을 공부해야 한다.
스프링 JPA 등등등..
웹 프론트엔드도 깊이있게 잘 하려면 숙련에 오랜 시간이 필요하다

그래도 백엔드도 프론트가 어떻게 돌아가는지는 이해하는게 중요하다!

6. 자바 백엔드 웹 기술 역사

과거 기술
서블릿 - 1997
자바코드로 짜기 때문에 HTML 생성이 어려웠다.

JSP - 1999
HTML 생성은 편리하지만 비즈니스 로직까지 너무 많은 역할 담당하게 된다.

서블릿, JSP 조합 MVC 패턴 사용
모델, 뷰 컨트롤러로 역할을 나누어 개발하게 되었다.
핵심은 비즈니스 로직과 화면렌더링을 나누고 관심사를 나누게 되었다.

MVC 프레임워크 춘추 전국 시대 - 2000년 초 ~ 2010년 초
MVC 패턴 자동화, 복잡한 웹 기술을 편리하게 사용할 수 있는 다양한 기능 지원하게 되었다.
스트럿츠, 웹워크, 스프링 MVC(과거 버전)

현재 사용 기술
애노테이션 기반의 스프링 MVC 등장하게 되었다.
다른 기술은 하나를 선택하면 다른걸 버리는 형식이었다.
그런데 스프링은 유연하고 편리하게 기능을 코드도 깔끔하게 작성하게 만들어주었다.
@Controller
MVC 프레임워크의 춘추 전국 시대 마무리하게 되었다.

스프링 부트의 등장할때 웹 서버를 내장하게 되었다.
과거에는 서버에 WAS를 직접 설치하고 소스는 War 파일을 만들어서 설치한 WAS에 배포해야했다.

스프링 부트는 빌드 결과(Jar)에 WAS 서버 포함하고 있어 빌드 배포 단순화하게 만들어 주었다.

최신 기술은 스프링 웹 기술의 분화하게 되었다.

Web Servlet - Spring MVC
서블릿기반으로 돌아가는 방식이다.
멀티스레드 등 장점을 사용하게 되었다.

Web Reactive - Spring WebFlux
특징
비동기 넌 블러킹 처리한다.
최소 쓰레드로 최대 성능 쓰레드 컨텍스트 스위칭 비용 효율화한다.
함수형 스타일로 개발해서 동시처리 코드 효율화한다.
네티라는 웹프레임워크를 사용하고 서블릿 기술 사용하지 않는다.

그런데!!
노드 JS가 있는데 자바에서 이런식의 방법을 하는 것이라고 한다.
웹 플럭스는 기술적 난이도 매우 높다.
아직은 RDB(관계형 DB) 지원 부족하다. 이 db를 쓰면 매우 쓰기 힘들다.
요즘 장비가 좋아서 일반 MVC의 쓰레드 모델도 충분히 빠르다.
실무에서 아직 많이 사용하지는 않고 있다. 전체 1%이하

뷰탬플릿은 HTML을 편리하게 생성하는 뷰 기능이다.
JSP
속도 느림, 기능 부족하다.

프리마커(Freemarker), Velocity(벨로시티)
속도 문제 해결, 다양한 기능 발전을 잘안한다.

타임리프(Thymeleaf)
내추럴 템플릿: HTML의 모양을 유지하면서 뷰 템플릿 적용 가능하다.
jsp는 if코드 등등이 들어가는데 이런 문제가 없어서 깔끔하다.
스프링 MVC와 강력한 기능 통합되어 있다.
새로운 공부를 한다면 최선의 선택이다.

단 성능은 프리마커, 벨로시티가 더 빠르다.
요즘엔 스프링부트에서 jsp를 권장하지 않는다 그래서 타임리프 선택이 더 좋은 선택이다.

서블릿

7. 프로젝트 생성

밑바닥에서 하나씩 올라가는 과정을 거칠 것이다.
내가 아주 좋아하는 과정이다. 이미했엇지만 새로운 것을 배울 것같다.

스프링부트로 시작할것인데 서버를 내장하고 잇어서 편리하게 이용할 수 있다.
스프링은 일단 거의 사용하지 않을 것이다.

패키지 일단 war로하고 jsp를 사용할 것이다.
스프링웹(내장톰캣사용), 롬복

api 사용할것이니 https://www.postman.com/downloads/ 다운받자.

2023.05.27

멀티 스레드에 대해서 공부를 하고 자바 공부할때는 직접 만들어서 사용도 했었지만
실제로 프로젝트를 하거나 스프링을 공부하면서 만든적이 없어서 의아했던 적은 있었다.
많은 사람이 같은 경로로 올텐데 어떻게 처리하는지에 대한 의문이 있었다.
그런데 WAS가 알아서 멀티스레드를 나눠서 처리한다는 점에서 이런 의문점이 풀리게 되었다.
스프링은 싱글톤의 형식을 가지고 있기 때문에 데이터를 저장하거나 이런점에서 문제가 있을 수 있으니 주의를 해야한다.