서블릿 생명주기와 직접만든 톰캣을 통한 의문점

구동희·2022년 9월 17일

글을 쓰게된 계기

우아한 테크코스 레벨4 Tomcat 구현하기 미션을 진행하면서 직접만든 Tomcat과 실제 Tomcat이 다르게 작동하는 부분이 있었다.
Servlet과 ServletContainer, ServletLifeCycle를 알아보고
왜 다르게 작동하는지에 대한 의문점을 공유하고자 글을 작성해본다.

Servlet이란?

자바로 HTTP 요청을 처리하는 프로그램을 만들 때 사용하는 인터페이스이다.
Servlet은 자바 표준으로 Jakarta EE의 표준 API이다.
Servlet은 클라이언트의 Request를 받아서 일련의 작업을 처리하고 Response에 작업의 결과물을 담아준다.

Servlet Container란?

서버에서 만들어진 Servlet들을 관리하고 중계하는 역할을 한다.

ServletContainer는 클라이언트의 요청을 받았을 때, 요청에 대응할 수 있는 Servlet을 인스턴스화 해주고 요청에 대한 응답을 해준다.

ServletContainer의 역할

웹서버와의 통신 지원
ServletContainer는 Servlet과 WebServer가 손쉽게 통신 할 수 있게 중계 해준다.
ServletContainer는 ServerSoket을 만들고 listen(), accept() 등의 API로 클라이언트 요청이 오면 적절한 Servlet에게 요청을 처리하게끔 한다.

Servlet 생명주기 관리
ServletContainer는 Servlet을 관리한다.

Servlet 클래스를 로딩하여 인스턴스화

Servlet 초기화

요청에 적절한 Servlet 할당

Servlet 제거

Servlet 생명주기를 어떻게 관리하는지 좀 더 자세히 살펴보자.

Servlet 생명주기를 관리하는 메서드

public class ExampleServlet extends HttpServlet {

    public static final String 인코딩 = "인코딩";

    @Override
    public void init(final ServletConfig config) throws ServletException {
    }

    @Override
    protected void service(final HttpServletRequest request, final HttpServletResponse response) throws IOException {
    }

    @Override
    public void destroy() {
    }
}

ServletContainer는 Servlet들의 생명주기를 그림과 같이 init(), service(), destroy() 메서드를 통해 관리해준다.
아래에서 전체적인 과정을 간략하게 살펴보고 Servlet 생명주기를 자세히 살펴보자.

Servlet 생명주기 과정 알아보기

ServletContainer가 Servlet을 어떻게 사용하고 관리하는지 그림을 통해 정리해보자.

톰캣이 가지고 있는 Connector 중 하나를 통해 Request를 전달 받는다.
톰캣은 Request의 url을 기반으로 적절한 Servlet을 찾아내 매핑한다.
요청이 적절한 Servlet에게 매핑되면 메모리에 해당 Servlet 인스턴스가 올라와있는지 확인한다. 만약 존재하지 않으면 Servlet 인스턴스를 생성한다.
톰캣이 init() 메서드를 호출하여 Servlet을 초기화한다.
Servlet이 초기화 되면 톰캣은 service() 메서드를 호출하여 Request를 처리한다.
마지막으로 톰캣을 종료하거나 Servlet을 수정하게되면 destroy() 메서드를 호출하여 메모리에 올라와있던 Servlet을 제거한다.

Servlet 생명주기 조금 더 자세히 살펴보기

Servlet은 처음 호출되어 메모리에 올라가면 해당 인스턴스를 재활용한다.
그래서 객체가 생성되는 순간부터 자원이 해제되는 순간까지가 서블릿의 라이프사이클이다.

과정을 하나씩 자세히 살펴보자.

1. Servlet 객체 생성

먼저 Servlet이 최초에 호출되면 톰캣에서 서블릿 파일(.java)을 불러와 컴파일한 후 메모리에 로드시킨다. 톰캣은 서블릿 파일이 변경되지 않는 이상 서버가 종료될 때까지 계속해서 해당 객체를 재활용한다.

2. init() 메서드 호출 (객체 생성시 최초 1회만 실행)

Servlet에서 기본 상속받는 HttpServlet의 부모 추상 클래스인 GenericServlet에 아래와 같이 정의하고 있는 메서드이다.

public abstract class GenericServlet implements Servlet, ServletConfig, java.io.Serializable {

	...
    
	@Override
    public void init(ServletConfig config) throws ServletException {
        this.config = config;
        this.init();
    }
}

Servlet 객체 생성시 초기화 작업을 수행하는데, ServerConfig 객체를 넣어 실행한다.

ServerConfig객체는 아래에서 다시살펴보자.

3. service() 메서드 호출

클라이언트의 요청에 따라 생성된 Request객체를 통해 요청을 처리하고 Response 객체에 적절한 응답을 추가해준다.
이때, 쓰레드풀의 쓰레드 하나를 사용한다.

4. destroy() 메서드 호출 (자원 해제시에 1번만 실행)

Servlet에 수정사항이 생겨 Servlet을 다시 로드해야하거나 서버가 정상적으로 종료되는 경우에 호출된다.

실제 톰캣의 Servlet을 호출할 때의 로그이다.
처음 Servlet이 호출됬을 때만 init() 메서드가 호출됨을 알 수 있다.

직접 구현한 톰캣과 달랐던 의문점들

우아한 테크코스 레벨4 저번미션을 진행하면서 직접 Tomcat을 구현해보았었다.
직접만든 Tomcat과 달랐던 부분이있어서 이를 공유하고자 한다.

1. Servlet 실행시점에 Servlet 객체 생성

직접 구현해본 톰캣에서는 다음과 같이 Tomcat 실행시점에 Servlet 인스턴스를 생성하였다.

public class Tomcat {
	...

    public void start() {
        ControllerContainer container = new ControllerContainer(configuration);
        var connector = new Connector(container);
      	...
    }
}

ControllerContainer가 ServletCotainer이고 ControllerContainer 생성자 파라미터의 Configuration 객체에 Servlet
인스턴스 생성에 대한 코드가 담겨있다.

그런데, 실제 톰캣은 클라이언트의 Request가 들어오고 매핑할 Servlet이 필요해질 때 Servlet 인스턴스를 생성한다😮😮

실제 테스트 코드에서 쉐어드 서블릿이라는 객체에 요청을 보냈을 때 확인해 본 결과이다.

이런 결과를 보고

톰캣을 실행 할 때, Servlet 객체를 모두 생성 해놓으면 클라이언트 요청이 들어올때 더 빨리 응답을 해줄 수 있지않나? 라는 의문이 들었다.

아마, Servlet에 변경사항이 있을 때, 실제 Server를 종료시키지 않고 Servlet 변경사항을 적용하기 위해서 클라이언트 요청이 들어올 때, Servlet 인스턴스를 생성하도록 구현 한게 아닐까 조심스럽게 추측한다🙄

2. Servlet 객체 생성과 init()을 따로하는 이유

두번째는 Servlet을 생성 하고 init() 메서드를 호출한다는 점이다.
Servlet을 생성 할 때 초기화도 같이 하면 되는거 아닌가? 왜 과정을 나눠놨지? 라는 의문이 들었다.

찾아본 자료에서 몇가지 이유를 보았는데 일리가 있다고 생각하는 이유는 다음과 같다.

Interface는 생성자를 가질수 없기 때문이다.
Servlet 초기화를 위해서는 앞에서 이야기한 ServletConfig 객체를 Servlet에게 전달해주어야 하는데 Interface는 생성자를 가질 수 없다.
그래서 Java EE Servlet API 표준에 Servlet 객체를 초기화하기 위해서는 ServletConfig 객체가 필요함을 명시해주기 위해서 init()메서드를 통해 초기화 하도록 한것이 아닐까 한다.

💡ServletConfig란?
하나의 Servlet 초기화에 필요한 정보를 전달하기 위한 Config 객체를 의미한다.
생성자는 복잡한 논리/비즈니스 처리가 없어야 하기때문이다. ServletConfig객체를 생성하는 것은 비용이 비싼작업이기 때문에 생성자가 아닌 init() 메서드를 통해 처리해야 한다는 의견도 있다.