네이버파이낸셜 - Servlet, Tomcat, Apache, Nginx.. 이게 다 뭘까

최창효·2023년 5월 24일

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이 글은 네이버파이낸셜 블로그의 Servlet, Tomcat, Apache, Nginx.. 이게 다 뭘까를 읽고 작성한 글입니다.
모든 이미지 및 내용 출처 역시 네이버파이낸셜 블로그의 Servlet, Tomcat, Apache, Nginx.. 이게 다 뭘까에서 비롯된 것임을 밝힙니다.

초기 웹 서버: HTTP프로토콜을 통해 정적인 웹 페이지나 이미지만 제공
CGI: 사용자 요청에 따라 상호작용할 수 있는 동적인 웹페이지 제공을 위해 등장
CGI는 '웹 서버'와 '사용자 요청을 받아서 처리하는 외부 프로그램'을 연결하는 인터페이스입니다.
웹 서버가 클라이언트의 요청을 받으면 새로운 CGI프로세스를 생성하고, HTTP요청 정보를 해당 프로세스에 전달해 동적인 컨텐츠를 생성할 수 있도록 도와줍니다.
CGI는 각 요청마다 새로운 프로세스를 생성해야하기 때문에 응답 시간이 오래 걸리며, 메모리를 공유하는 쓰레드에 비해 요청이 많아질수록 시스템에 부하가 커졌습니다.
Servlet: 자바 진영에서 개발한 사용자의 요청에 따라 동적인 컨텐츠를 제공하는 인터페이스입니다. 목적자체는 CGI와 크게 다르지 않다고 생각됩니다. 또한 서블릿을 통해 웹 요청과 응답을 간단한 메서드를 통해 효율적으로 처리할 수 있습니다.
- 서블릿의 특징
  - 각 요청마다 프로세스가 아닌 쓰레드를 생성하여 요청을 처리한다.
  - Java언어로 구현되어있기 때문에 플랫폼에 독립적이다.
  - JVM에 의해 관리되기 때문에 GC나 Memory leak에 대한 걱정을 덜 수 있다.

위 그림처럼 서블릿은 Web Container안에 load되어 있습니다. Web Container가 클라이언트 요청을 처리하는 과정은 다음과 같습니다.

Step1. 사용자가 서블릿을 필요로하는 특정 URL에 해당 HTTP요청을 보낸다.
Step2. 컨테이너(Web Container)는 요청 URL을 처리하기 위해 서블릿이 필요하다는 것을 확인한다.
Step3. 컨테이너가 'HttpServletRequest'와 'HttpServletResponse'라는 객체를 생성한다.
Step4. 컨테이너가 요청 URL에 매핑되는 서블릿을 찾고, 요청을 처리하기 위한 쓰레드를 생성(또는 할당(allocate))한 후, 앞서 만든 request와 response객체를 서블릿 쓰레드에 전달한다.
Step5. 컨테이너는 서블릿의 service()메서드를 호출하고, 메서드 수행이 완료되면 컨테이너는 사용자에게 HTTP 응답을 반환한다.

-> url처리에 적합한 서블릿을 찾고, 해당 서블릿에 Request,Response객체를 주입하고, 서블릿의 service()메서드를 호출하는 역할을 수행합니다.

Web Server: 클라이언트로부터 HTTP요청을 받고, HTML문서와 같은 정적인 컨텐츠를 반환하는 프로그램
WAS: Web Server와 달리 동적인 컨텐츠를 제공해줄 수 있습니다. 동적인 컨텐츠 제공은 WAS내의 Web Container가 담당합니다.
WAS는 쉽게 말해 정적인 컨텐츠를 반환하는 Web Server, 그리고 동적인 요청을 처리하는 Web Container로 구성되어 있다고 볼 수 있습니다.
그리고 Web Container는 서블릿과 상호작용하는 컴포넌트로 볼 수 있습니다.
Web Container(== Servlet Container): 웹 서버와 자바 서블릿 간의 상호작용을 담당하는 서블릿의 runtime environment입니다. (Servlet을 위해 존재하는 공간)
- 주요 기능
  - 서블릿 생명주기 관리(load -> init -> service -> destroy)
  - URL과 해당 URL을 처리할 서블릿 매핑

기타) 스프링 부트를 이용하면

스프링 부트가 내장 톰캣 서버를 생성해 줍니다.
톰캣은 자체적으로 서블릿 컨테이너 기능을 가지고 있기 때문에 서블릿을 생성합니다.
HTTP요청이 들어왔을 때의 과정은 동일합니다. (response,request객체를 만들어 요청을 처리할 Servlet에 전달한 뒤 service메서드를 실행하고, 그 결과로 만들어진 response를 http에 담아 사용자에게 응답을 반환)

서블릿 컨테이너를 포함하고 있는 웹 서버(Web Server + Servlet Container), Servlet을 활용한 동적 컨텐츠 응답이 가능하기 때문에 WAS로 불리기도 합니다.
톰캣 아키텍쳐
톰캣 서버의 요청 처리 흐름
1. 클라이언트가 톰캣 서버의 80번 포트로 HTTP요청을 보냄
  해당 포트의 Connector는 Engine으로 해당 요청을 전달함
  Service는 Connector와 Engine을 연결해주는 컴포넌트
2. Engine은 Connector로부터 요청을 받은 후 요청에 맞는 Host내 Context, 즉 어플리케이션에 요청을 전달함
3. Context는 '/WEB-INF/web.xml'에 정의된 서블릿 매핑 정보를 참고해 요청에 맞는 Servlet을 찾고, 해당 Servlet에게 요청을 전달
4. Servlet이 반환하는 응답은 Context -> Engine -> Connector를 통해 클라이언트에게 전달됨

Apache HTTP Server나 Nginx와 같은 웹 서버를 톰캣과 함께 활용하면 다음과 같은 이점을 얻을 수 있습니다.

Load Balancing: 톰캣 인스턴스를 여러개 띄울 때 Appache HTTP server를 앞단에 두어 부하분산 역할을 진행할 수 있습니다.
Security: 클라이언트에서 WAS를 직접 접근하지 않기 때문에 서버 어디에 파일이 있고, 서비스가 몇번 포트로 제공되는지와 같은 정보를 클라이언트로부터 숨길 수 있습니다.
High-availability: 여러 톰캣 인스턴스를 띄웠을 때, 하나가 죽으면 다른 인스턴스로 요청을 처리할 수 있습니다.
Caching: 클라이언트가 자주 찾는 리소스를 웹서버에 캐싱하여 WAS까지 가지 않고 곧바로 응답을 줄 수 있습니다.
Cengralized authentication/authorization: 인증 관리를 한 곳에서 수행할 수 있습니다.

아파치 재단에서 1995년 공개한 오픈소스 웹 서버입니다.
클라이언트로부터 요청을 받으면 새로운 프로세스를 생성하고, 해당 프로세스를 통해 요청을 읽고 응답하는 방식입니다.. 프로세스 기반 아키텍쳐
- 요청마다 프로세스를 생성하는 방식이 비효율적이었기 때문에 요청 처리할 프로세스들을 미리 준비해놓는 prefork방식을 도입했습니다.
웹 사용량이 증가하자 Apache HTTP Server는 문제가 발생했습니다.
- 클라이언트 요청마다 프로세스를 할당하는 방식은 동시에 처리해야하는 클라이언트 요청이 증가함에 따라 메모리가 부족해 프로세스를 할당하지 못하는 어려움을 겪었습니다.
- 이를 C10K Problem이라고 합니다.

이벤트 기반 아키텍쳐
각각의 worker process는 수천개의 HTTP커넥션을 동시에 처리할 수 있습니다.
worker process는 클라이언트로부터 HTTP 커넥션 요청을 받을 때 생성되는 event를 기다리다가, 이벤트가 발생되면 다른 이벤트를 블락하지 않고 비동기적으로 이벤트를 처리합니다.

비교

Apache는 Nginx에 비해 설정이 간편하고 '.htaccess'파일에 접근할 수 있기 때문에 서버 설정을 보다 세세하게 할 수 있으며, 모듈을 통해 요청 처리 방식을 선택할 수 있습니다.
Nginx는 이벤트 기반의 비동기적인 작업 방식을 통해 동시 요청을 효율적으로 처리할 수 있습니다.