웹 애플리케이션 이해

유동우·2023년 3월 29일

스프링 MVC 1편 - 백엔드 웹 개발 핵심 기술

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웹 서버, 웹 애플리케이션 서버

웹 - HTTP 기반

클라리언트가 URL을 입력하면 서버와 HTTP 프로토콜을 통해 통신하고 서버에 접속하여 응답을 받은 HTML을 보여준다.
거의 대부분의 데이터는 HTTP를 통해 주고받을 수 있다.
서버끼리 데이터를 주고받을 때에도 대부분이 HTTP를 사용한다.

웹 서버 VS 웹 애플리케이션 서버

웹 서버

HTTP 기반으로 동작하는 서버로 정적 리소스와 기타 부가기능을 제공한다.
정적 파일: HTML, CSS, JS, 이미지, 영상과 같은 자료
Nginx, Apache가 대표적인 웹 서버이다.
웹 서버에 정적 리소스를 두면 이 리소스를 HTTP 프로토콜로 서빙해주는 것이다.

웹 애플리케이션 서버

웹 서버와 동일하게 HTTP를 기반으로 동작.
웹 서버의 기능인 정적리소스 제공 또한 가능하다.
프로그램 코드를 실행하여 "애플리케이션 로직" 을 수행한다.

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

웹 서버는 정적 리소스(파일), WAS는 애플리케이션 로직
(서로 중복되는 기능이 많기 때문에 경계가 모호하다)

웹 서버 없이 WAS, DB 만으로도 시스템 구성이 가능하다
WAS는 정적리소스, 애플리케이션 로직 모두 제공 가능하다.

-> WAS가 너무 많은 역할을 담당하면 서버에 과부하 우려가 있을 수 있으므로, 웹 서버와 WAS의 역할을 나눈다.

정적리소스는 웹 서버가 처리한다.
웹 서버에서 애플리케이션 로직과 같은 동적 처리가 필요할 경우 요청을 WAS에 넘긴다.
** WAS는 중요한 애플리케이션 로직 처리를 담당한다. **
위 방식을 통해 철저하고 효율적인 리소스 관리가 가능하다
	(정적 리소스가 많이 사용될 경우 웹 서버를 증설
     애플리케이션 리소스가 많이 사용 될 경우 WAS 증설)

WAS,DB 장애 발생 시 WEB 서버가 오류 화면을 제공할 수 있다
=> 정적리소스를 제공하는 웹 서버는 잘 다운되지 않고, 애플리케이션 로직을 담당하는 WAS 서버는 잘 죽기 때문.

서블릿

핵심 비즈니스 로직만을 개발하면 되는데 전,후 과정이 너무 복잡하고 전 세계의 개발자들이 공통적인 부분을 계속 개발할 수 는 없다.. 해서 등장한게 서블릿

서블릿의 역할

위 사진의 초록색 부분을 제외한 모든 부분을 지원해준다.
(정확히는 서블릿을 지원하는 WAS들이 지원)

HttpServletRequest

request 객체를 사용하면 된다
request.get(username) -> kim

HttpServletResponse

response 객체를 사용하면 된다
서버에서 HTTP 응답 메시지를 생성할 때 필요한 스펙을 매우 편리하게 사용할 수 있다.

** HTTP 스펙을 어느정도 기본은 알아야한다. **

HTTP를 요청하면 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
웹 브라우저가 HTML을 렌더링해서 보여줌

서블릿 컨테이너?

서블릿을 지원하는 WAS 안에는 서블릿 컨테이너가 존재한다.
서블릿 객체를 서블릿 컨테이너가 자동 생성, 호출을 해준다.
생명주기: WAS가 내려갈 때 서블릿을 자동 종료 해준다.

서블릿 객체는 싱글톤 으로 관리가 된다

싱글톤? (스프링 핵심 강의때 했던것 복기)
객체를 하나만 생성해서 공유

고객의 request, response 정보는 각각 다르므로 객체를 계속 new 해주는 것이 맞음
그러나 서블릿 컨테이너는 싱글톤으로 하나만 생성해놓음

즉, 모든 고객 요청은 동일한 서블릿 객체 인스턴스에 접근..
** 공유변수 (멤버변수) 사용에 주의해야 한다 **

참고
JSP도 서블릿으로 변환 되어서 사용된다

진짜 중요오
서블릿을 지원하는 WAS의 가장 큰 특징은

동시 요청을 위한 멀티 쓰레드 처리를 지원한다.
=> 서버가 동시에 접속하는 인원들을 잘 처리하는 이유가 "멀티 쓰레드" 라는 것이 지원되기 때문
(개발자가 멀티 쓰레드에 크게 신경쓰지 않아도 WAS가 알아서 자동으로 해결해준다.)

동시 요청 - 멀티 쓰레드

클라이언트에서 서버에 요청하면 WAS가 응답

servlet 객체를 누가 호출할까? : 쓰레드

쓰레드란?

애플리케이션 코드를 하나하나 순차적으로 실행하는 것
자바 메인 메서드를 처음 실행하면 main이라는 이름의 쓰레드가 실행된다.
쓰레드가 없으면 자바 애플리케이션 실행이 불가능하고, 한 번에 하나의 코드 라인만 수행한다.
따라서, 동시처리가 필요하면 쓰레드를 생성해주어야 한다.

쓰레드를 요청했는데 지연이 될 경우
다른 원래 요청1과 추가 요청2 모두 쓰레드를 사용하지 못한다.

요청이 올때마다 쓰레드를 계속 신규생성한다. (개발자가 구현하지 않고 WAS가 지원도 해줌)

장점

동시 요청 처리 가능
리소스(CPU,메모리)가 허용할 때 까지 처리 가능
하나의 쓰레드가 지연되도 다른 쓰레드는 정삭 동작

단점

쓰레드 생성 비용이 매우 비싸다
	고객의 요청마다 쓰레드를 생성하면 응답속도가 늦어진다
    
쓰레드는 컨텍스트 스위칭 비용이 발생한다
	ex) 하나의 코어에 쓰레드가 두개?
    		코어 하나가 두 개를 동시에 시행할 수 없지만 너무 빨라서 우리가 보기에 두 개 동시에 생성하는 것 처럼 보인다 -> 두 개를 전환할 때 비용이 발생 = 컨텍스트 스위칭 비용(쓰레드 작을때는 문제가 되지 않음)
            
 쓰레드 생성에 제한이 없다 
 	고객의 요청이 많을경우, CPU or 메모리의 임계점을 넘어 서버가 다운될 수 있다.

쓰레드 풀

요청1, 요청2를 쓰레드 풀에 요청 (쓰레드 풀 안에 미리 쓰레드를 만들어 놓는다) (쓰레드 풀에서 각 요청마다 쓰레드를 가져다 쓰고 반납하는 느낌적인 느낌)

쓰레드 풀에 쓰레드가 없을 경우(요청이 가득 찼을 경우)

쓰레드 거절 - 요청 다 차서 거절
쓰레드 대기 - 대기가능한 요청을 정해둔다 (너무 많이 밀리면 안되니까 제한을 둠)

쓰레드 풀 - 요청 마다 쓰레드 생성의 단점을 보완
특징

필요한 쓰레드를 쓰레드 풀에 보관하고 관리
생성 가능한 쓰레드의 최대치를 쓰레드 풀에 보관 가능 (톰캣은 최대 200개 기본설정)

장점

쓰레드가 미리 생성되어 있어, 생성하고 종료하는 비용(CPU)이 절약, 응답시간이 빠름
생성 가능한 쓰레드의 최대치가 있다 -> 너무 많은 요청이 들어와도 기존의 요청은 안전하게 처리할 수 있다.

백엔드 개발자에게 중요한 쓰레드의 적정숫자 설정하기

**맥스 쓰레드 자체를 너무 낮게 잡을경우**

ex) CPU 5% 사용
요청은 계속 쌓이지만 요청은 그보다 많음 WAS는 살아 있을 수 있어도 서비스는 전체 장애 발생

-> 개발자 입장에서 세팅을 잘못해서 되게 치욕스러운(부끄러운) 경우임

그래서 성능 튜닝이 재밌고, 중요한 부분이다.

반대로 맥스 쓰레드를 너무 높게 잡은 경우

동시 요청이 너무많다 ?
메모리가 임계점 초과로 바로 서버가 다운된다.
->다운되면 복구하기도 쉽지 않음

중요한 점은 맥스 쓰레드의 적정값을 찾는것임.

쓰레드 풀의 적정 숫자?
대략 감으로 찾는다 => 성능테스트를 해봐야함 (가급적 실제 서비스와 최대한 비슷하게 환경을 설정)

WAS가 쓰레드 자동으로 설정
개발자는 서블릿 코드의 비즈니스 로직만 넣으면 된다 (tool에 대한 max 값은 개발자가 설정만 해주면 된다)

개발자가 멀티쓰레드 관련 코드를 신경쓰지 않아도 됨

=> 싱글쓰레드 프로그래밍을 하듯이 편리하게 소스코드를 개발할 수 있다.
따라서, 싱글톤객체(서블릿, 스프링 빈)는 주의해서 사용해야함 !!!

HTML, HTTP API, CSR, SSR

정적 리소스

이미 생성된 파일들을 제공

HTML 페이지(동적 리소스)

동적으로 생성된 정보들을 웹 브라우저에 내려준다.
정보에 주문정보가 모두 들어가있음

HTTP API

단순히 HTML을 전달하는 것이 아니라 데이터를 전달한다(HTMl을 제외한 모든 곳에서 사용)
주로 JSON 형식을 사용 -> HTML이 아닌 JSON 해석 불가,
HTML 렌더링할 때 쓰는것이 아니고 다양한 시스템에서 호출한다

크게 3가지 상황에서 사용

웹 클라이언트 to 서버
서버 to 서버
서버간에는 HTMl이 필요 없으므로 HTTP 프로토콜 위에 JSON형식으로 주고받음
웹 클라이언트 to 서버

백엔드 개발자가 고민해야하는 3가지

정적리소스를 어떻게 제공할 것인가?
동적으로 제공되는 HTMl 페이지를 어떻게 제공할 것인가?
HTTP API 어떻게 제공할 것인가?

요즘 유행하는 렌더링 두가지

SSR - 서버 사이드 렌더링
서버에서 최종 HTML을 생성해서 클라이언트에 전달
관련기술: JSP, 타임리프 -> 백엔드 개발자

CSR - 클라이언트 사이드 렌더링 (백엔드 개발자들은 잘 모를 수 있다)
HTML 결과를 JS를 통해 웹 브라우저에서 동적으로 생성한다.
주로 동적인 화면에서 구성된다.
웹 환경을 마치 앱처럼 필요한 부분부분 변경할 수 있음 (구글지도, Gmail)
관련기술: React, Vue.js -> 웹 프론트엔드 개발자