[ 2022.10.27 TIL-Servlet과 Tomcat ]

Coosla·2022년 10월 27일

Servelt sevlet lifecycle tomcat 서블릿 서블릿 생명주기 자바 톰캣 톰캣 구조

TIL

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Servlet

✏️ Servlet이란?

동적 웹 페이지를 만들 때 사용되는 자바 기반의 웹 애플리케이션 프로그래밍 기술
웹 요청과 응답의 흐름을 간단한 메서드 호출만으로 체계적으로 다룰 수 있게함

✏️ Servlet의 특징

클라이언트의 요청에 대해 동적으로 작동하는 웹 애플리케이션 컴포넌트
HTML을 사용하여 응답
Java 스레드를 이용하여 동작
MVC 패턴에서의 컨트롤러로 이용
HTTP 프로토콜 서비스를 지원하는 javax.servlet.http.HttpServlet 클래스를 상속
UDP 보다 느림
HTML 변경 시 Servlet을 재 컴파일 해야하는 단점

✏️ 서블릿 동작과정과 서블릿 생명 주기

서블릿 동작과정

  1. 클라이언트가 웹 서버에 요청
      1-1. 웹 서버는 클라이언트 요청을 WAS에 위임
  2. HttpServletRequest객체와 HttpServletResponse 객체 생성
  3. Web.xml을 통해 요청에 해당하는 서블릿 매핑
  4. 해당 Servlet 초기화 (init()메소드 실행)
  5. 해당 Servlet에서 Service() 실행
      5-1. doGet(), doPost, doPut() 등 클라이언트 요청 헤더를 통해 해당하는 
           전송방식 메소드 실행
      5-2. 처리 결과를 HttpServletResponse에 저장
  6. 클라이언트에게 HttpServletResponse 객체 응답 전송
  7. HttpServletRequest객체와 HttpServletResponse 객체 소멸 
     (destroy() 메소드 실행)

서블릿 생명 주기
- 서블릿 동작과정 중 서블릿 초기화(4), 작업 수행(5), 서블릿 종료(7) 부분을 서블릿 생명 주기라고 생각하면 된다.
- 서블릿 초기화 (init() 메소드)
  - 처음 한번만 실행되는 메소드
  - 클라이언트 요청이 들어오면 해당 서블릿이 메모리에 있는지 체크
  - 없을 경우 메모리에 해당 서블릿을 적재
  - 실행 중 서블릿이 변경되면 기존 서블릿을 소멸하고 새로운 내용으로 다시 메모리에 적재
- 작업 수행 (service() 메소드)
  - 서블릿 요청 시 매번 호출되는 메소드
  - 실제 클라이언트가 요청하는 작업을 수행
  - Http 요청 헤더의 method 값에 따라 요청에 대한 응답 처리 메소드가 분기됨
  - doGet(), doPost(), doPut() 등 다양한 처리 메소드가 존재
- 서블릿 종료 (destroy() 메소드)
  - 서블릿 컨테이너가 해당 서블릿에게 종료 요청 시 종료 메소드 실행되며 한번만 실행되는 메소드
  - 종료 시에 처리해야하는 작업들을 오버라이딩하여 구현

✏️ 서블릿 컨테이너

서블릿 컨테이너란?
- 구현되어 있는 Servlet 클래스의 규칙에 맞게 서블릿에 담고 관리해주는 컨테이너
- 클라이언트가 요청을 보내면 HttpServletRequest객체와 HttpServletResponse 객체를 생성하며, 서블릿 생명주기를 통해 클라이언트에게 응답을 보냄
서블릿 컨테이너 주요 기능
- 서블릿 생명 주기 관리
  - 서블릿 클래스를 로딩하여 인스턴스화
  - 요청에 따른 서블릿 매핑
  - 해당 서블릿 초기화 메소드 호출
  - 해당 서블릿 소멸 시 가비지 컬렉션을 통해 메모리에서 제거
- 통신 지원
  - 클라이언트의 요청을 받아주고, 응답을 보낼 수 있게 웹 서버와 소켓을 생성하여 통신
  - 소켓 생성, listen, accept 등 기능을 API로 제공해줘 복잡한 과정을 생략
  - 개발자는 비즈니스 로직에 더 집중
- 멀티스레딩 관리
  - 동시에 여러 요청이 들어와도 멀티스레딩 환경으로 동시다발적인 작업을 관리 가능
  - 한번 올라간 스레드는 다시 생성할 필요 없어 메모리 관리에 효율적
- 선언적 보안관리
  - XML 배포 서술자를 통해 보안관리를 진행하여 보안이슈가 발생했을 때 자바 코드를 수정하지 않아도 됨

✏️ 서블릿 설정 파일(Web.xml)

배포 서술자(Deployment Descriptor)란?
- WEB-INF 아래에 존재하는 web.xml 파일을 의미
- JSP나 Servlet을 위한 설정 파일
Web.xml에서 설정할 수 있는 내용
- ServletContext의 초기 파라미터
- Session의 유효시간
- Servlet/JSP에 대한 정의
- Servlet/JSP 매핑
- Mime Type 매핑
- Welcom File List
- Error 페이지 처리
- Listener/Filter 설정
- 보안
- Web.xml 설정 예제 코드 사이트
사용하는 목적
- 작성한 소스코드를 수정하지 않고 Web Application 커스터마이징 가능
- 테스트된 소스 코드의 수정을 최소화
- 소스코드가 없어도 수정 가능
- 재 컴파일 하지않고 서버의 자원 변경
- 접근 제한, 보안, 오류페이지 등을 설정하고 초기화 값 구성 간으

CGI와 Servlet

✏️ CGI(Common Gateway Interface) 간단 설명

대화식 웹 페이지를 실행할 수 있도록 웹 서버에서 외부 프로그램(CGI 스크립트)을 처리하는 인터페이스
CGI 장점
- 언어, 플랫폼 독립적이다(스펙만 준수하면 된다).
- 매우 단순하고 다른 server-side 프로그래밍 언어에 비해 advanced task를 훨씬 쉽게 수행할 수 있다.
- 재사용할 수 있는 CGI 코드 라이브러리가 풍부하다.
- CGI가 웹서버에서 실행될 때 안전하다.
- CGI 코드를 수행하는데 특정 라이브러리가 필요하지 않기 때문에 매우 가볍다.
CGI 단점
- 느리다(요청이 올 때마다 DB connection을 새로 열어야 한다).
- HTTP 요청마다 새로운 프로세스를 만들기 때문에 서버 메모리를 많이 잡아먹는다. (servlet은 요청마다 스레드를 만든다.)
- 페이지 로드 사이에 데이터가 메모리에 캐시될 수 없다.

✏️ CGI(Common Gateway Interface)와 Servlet 차이

CGI는 네이티브 OS로 작성되어 특정 폴더에 저장, Servlet은 Java로 작성되어 Java 바이트 코드로 컴파일되고 JVM에서 실행
CGI는 운영체제간에 전환이 여려움, Servlet은 JVM이 설치된 운영체제에서 실행 가능하여 플렛폼에 독립적
Servlet은 Java를 사용하여 CGI보다 안전
속도, 성능 및 효율성이 Servlet이 더 좋음
CGI에서 도달하는 클라이언트 요청은 서블릿, 프로세스가 불필요하게 생성되지 않고 JVM의 메모리 공간을 공유하는 동안 별도의 프로세스를 생성 가능
CGI 스크립트는 서버의 원시 OS에 작성된 실행 가능 프로그램, 서블릿은 JVM에서 실행되는 Java 바이트 코드로 컴파일
CGI 스크립트는 직접 처리 가능, 서블릿은 먼저 프로그램을 변환하고 컴파일 한 다음 처리

Tomcat

✏️ Tomcat이란?

Apache 재단에서 Java Servlet을 지원하기 위해 시작된 오픈 소스 프로젝트
Java를 이용한 웹 애플리케이션의 다양한 규격(Spec)을 준수하여 JSP, HTML 파일들로 구성된 .war 파일을 배포해주는 엔진
- Spec이란?
  - Servlet, Jsp, 웹소켓, 자바 등 톰캣 버전에 따른 최소 요구 사항으로 이해

✏️ Tomcat 폴더 구성

bin : Tomcat 실행/종료 등 스크립트 파일
conf : Tomcat이 가동되는 서버에 대한 설정, 유저/관리자 설정, web.xml/context.xml 등 전역적인 설정
lib : 전역적으로 사용되는 라이브러리
logs : 로그 파일들이 생성되어 담기는 폴더
webapps : Tomcat에 배치시킬 다수 개의 웹 어플리케이션들, 주로 .war 파일
RUNNING.txt : Tomcat 바이너리 파일을 실행하는 방법에 대한 간단한 설명서

✏️ Tomcat 구성

Coyote (HTTP Component)
- Tomcat에 TCP를 통한 프로토콜 지원
- 자료가 거의 없고 ~~요즘에는 Connecter에서 TCP 프로토콜을 지원하는 듯?~~
- 거의 모든 요청이 다 Coyote로 들어와서 HTTP 프로토콜 형태로 변환되는 듯? (정확하지 않음)
Catalina (Servlet Container)
- Java Servlet을 호스팅하는 환경
Jasper(JSP Engine)
- 실제 JSP 페이지의 요청을 처리하는 Servlet

✏️ Tomcat 동작과정 간단 설명

HTTP 요청을 받아 Catalina(Servlet 컨테이너)로 전달
Catalina는 HTTP 요청에 따라 처리할 웹 어플리케이션을 찾고, web.xml의 Servlet 매핑을 통해 해당 Servlet에 요청 전달
Servlet 결과를 통해 생성된 JSP 파일을 호출할 때, Jasper가 Vlidation, Check, Compile을 수행

✏️ Tomcat 내부 아키텍처

Server
- 톰캣 그 자체이며 웹 애플리케이션 서버의 인스턴스
- 전체 Catalina 서블릿 컨테이너
- Top-Level 컴포넌트
- 서버 설정을 통해 애플리케이션을 분리해서 각각 재시작 가능, 한 서버가 오류가 발생해도 다른 서버에 영향을 주지 않게 분리해서 운영 가능
Service
- 하나의 엔진 컨테이너를 커넥터들과 묶는 Top-Level 컴포넌트
- 서비스에서 발생하는 로그 메시지를 관리자가 쉽게 알아볼 수 있도록 서비스마다 이름이 주어짐
Engine
- 전체 Catalina 서블릿 엔진을 의미
- HTTP 헤더를 처크하여 특정 요청이 어느 Host 또는 Context에 연결되어야 하는지 판단
Host
- 가상 호스트 이름
- 호스트 이름이 URL에 매핑
- Engine 내부에 여러개 존재 가능
- www.abc.com과 같은 주소를 사용하려면 DNS가 서버에 등록되 있어야함
Context
- 웹 애플리케이션을 의미
- 웹 애플리케이션의 설정에는 애플리케이션의 루트 폴더 위치를 엔진과 호스트에게 알려주는 것도 포함
- 주로 *.war 파일로 배포
Connector
- TCP port를 통해 요청을 받아 해당 엔진으로 보내주는 역할 수행
- Connector 종류
  - HTTP/1.1 , HTTP/2 Connector
    - Tomcat이 standalone web server로 동작하거나 WAS 역활을 수행하도록 지원
  - AJP Connector
    - Apache HTTP Web Server의 요청을 처리하기 위한 특수한 프로토콜을 처리
- Connector 동작 방식
  - BIO
    - Tomcat 7의 기본 방식
    - 하나의 쓰레드가 하나의 커넥터를 담당
  - NIO
    - Tomcat 8.5 부터 기본 방식
    - 하나의 쓰레드가 하나 이상의 커넥터를 담당
    - 비동기? 지원하는?
  - APR
    - Apache Portable Protocal이라는 특수한 프로토콜
    - Tomcat 10.X 버전부터는 안쓴다고함
- Connector Parameter
  - maxThreads
    - 커넥터가 생성할 수 있는 최대 스레드 수
  - maxConnections
    - 동시 처리 가능한 최대 커넥션 수
  - maxSpareThreads
    - 최소로 실행을 유지할 쓰레드 수
  - acceptCount
    - 모든 스레드가 사용 중일때, queue에 저장 가능한 최대 요청 수
    - Backlog를 의미
- Connector 동작과정
  - network port를 Listen해서 connection을 얻은 후 데이터를 받아서 Servlet이 처리할 수있는 형태(servlet reqeust)로 바꿔주는 역할