[Java/Netty] Netty 개념과 아키텍처

천승주·2022년 9월 19일

Java의 네트워킹

네트워킹 초기에 시작한 개발자는 C언어 소켓 라이브러리의 복잡성을 배우고 다양한 운영체제의 단점을 처리하는 데 많은 시간을 보냈다. 첫번째 Java API(java.net)는 기본 시스템 소켓 라이브러리에서 제공하는 소위 blocking 기능만 지원했다. 다음은 이러한 호출을 사용하는 서버코드의 예이다.

ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(portNumber);
// accept()는 ServerSocket에서 연결이 설정될 때까지 차단된 다음 클라이언트와 서버 간의 통신을 위해 새 Socket을 반환
Socket clientSocket = serverSocket.accept();
// BufferedReader, PrintWriter는 Socket의 Input output 스트림에서 파생된다.
// BufferedReader는 문자 입력 스트림에서 텍스트를 읽고
// PrintWriter는 개체의 형식화된 표현을 텍스트 출력 스트림에 인쇄한다.
BufferedReader in = new BufferedReader(
	new InputStreamReader(clientSocket.getInputStream()));
    PrintWriter out = new PrintWriter(clientSocket.getOutputStream(), true);
    String request, response;
    // 줄 바꿈 또는 캐리지 리턴으로 끝나는 문자열을 읽을 때까지 blocking
    while((request = in.readLine()) != null) { 
    	if("Done".equals(request)) break;
    	// 클라이언트의 요청이 처리됨
    	response = processRequest(request);
    	System.out.println(response);
    }

이 코드는 한번에 하나의 연결만 처리한다. 여러개의 동시 클라이언트를 관리하려면 아래와 같이 새 클라이언트 소켓마다 새 스레드를 할당해야 한다.

이러한 접근방식은 자원을 낭비할 가능성이 높다.
1. 어떤 시점에서는 많은 스레드가 휴면 상태일 수 있고 입출력 데이터가 라인에 나타나기를 기다리고 있다.
2. 각 스레드에는 OS에 따라 기본 크기가 64KB에서 1MB인 스택 메모리 할당이 필요하다.
3. JVM이 물리적으로 매우 많은 수의 스레드를 지원할 수 있더라도 컨텍스트 전환의 오버헤드는 해당 제한에 도달하기 훨씬 전에 예를 들어 10000개의 연결에 도달할 때까지 문제가 되기 시작한다.

동시성에 대한 이러한 접근 방식은 소수의 클라이언트에 적합할 수 있지만 100000개 이상의 동시 연결을 지원하는 데 필요한 리소스로 인해 이상적이지 않다. 그에 대한 대안이 Java NIO이다.

Java NIO

Netty 핵심구성요소

channels
callbacks
futures
events and handlers
codec

Channel

채널은 Java NIO의 기본 구조이다. 채널은 하드웨어 장치, 파일, 네트워크 소켓, 읽기, 쓰기 와 같은 하나 이상의 개별 I/O 작업을 수행할 수 있는 프로그램 구성 요소와 같은 엔티티에 대한 열린 연결이다. 채널은 들어오는(인바운드) 데이터와 나가는 (아웃바운드) 데이터를 위한 수단으로 생각하면 된다. 따라서 열리거나 닫힐 수 있고 연결되거나 연결 해제될 수 있다.

Callback

콜백은 단순히 다른 메서드에 대한 참조가 제공된 메서드이다. 이를 통해 후자는 적절한 시간에 전자를 호출할 수 있다. 콜백은 광범위한 프로그래밍 상황에서 사용되며 작업이 완료되었음을 알리는 가장 일반적인 방법 중 하나이다.

Netty는 이벤트를 처리할 때 내부적으로 콜백을 사용한다. 콜백이 트리거되면 interface ChannelHandler의 구현으로 이벤트를 처리할 수 있다.

public class ConnectHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter {
	@Override
    public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throw Exception {
    	// 새연결이 설정되면 콜백 ChannelHandler의 channelActive()가 호출되고 메세지를 인쇄한다.
    	System.out.println("Client " + ctx.channel().remoteAddress() + " connected");
    }
}