스프링 부트1

유요한·2023년 12월 1일

Spring Boot

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스프링 부트의 등장

스프링 부트는 스프링 프레임워크의 서브 프로젝트로 만들어졌으며, 이름에서 알 수 있듯이 스프링과 부트의 합성어다. 스프링은 로드존슨이라는 개발자가 만든 오픈소스 프레임워크다. 그리고 부트는 컴퓨터를 부팅한다는 말처럼 시스템을 사용 가능한 상태로 만드는 것을 의미한다. 이말을 종합해서 보자면 스프링 부트는 스프링 프레임워크를 사용 가능한 상태로 만들어주는 도구라고 이해할 수 있다.

스프링부트

스프링을 편리하게 사용할 수 있도록 지원, 최근에는 기본으로 사용
단독으로 실행할 수 있는 스프링 애플리케이션을 쉽게 생성
Tomcat 같은 웹 서버를 내장해서 별도의 웹 서버를 설치하지 않아도 됨
손쉬운 빌드 구성을 위한 starter 종속성 제공
스프링과 3rd parth(외부) 라이브러리 자동 구성
메트릭, 상태 확인, 외부 구성 같은 프로덕션 준비 기능 제공
관례에 의한 간결한 설정

스프링 부트 핵심

스프링은 자바 언어 기반의 프레임워크
자바 언어의 가장 큰 특징 : 객체 지향 언어
스프링은 객체 지향 언어가 가진 강력한 특징을 살려내는 프레임워크
스프링은 좋은 객체 지향 애플리케이션을 개발할 수 있게 도와주는 프레임워크

이 것들을 보면 어? 스프링과 같은 설명아닌가? 라고 생각할 수 있다. 하지만 스프링 부트는 별개의 프레임워크가 아니라 스프링을 도와주는 역할이다. 즉, 본질은 같기때문에 부트에 대한 설명을 하면 스프링과 같은 것이다.

객체지향 프로그래밍

객체 지향 프로그래밍은 프로그램을 명령어의 목록으로 보는 시각에서 벗어나 여러개의 독립된 단위, 즉 객체들의 모임으로 파악하고자 하는 것이다. 각각의 객체는 메시지를 주고받고 데이터를 처리할 수 있다.(협력)

객체 지향 프로그래밍은 프로그램을 유연하고 변경이 용이하게 만들기 때문에 대규모 소프트웨어 개발에 많이 사용된다.

유연하고 변경이 용이

레고 블럭을 조립하듯

키보드, 마우스를 갈아 끼우듯이

컴퓨터 부품을 갈아 끼우듯이

컴포넌트를 쉽고 유연하게 변경하면서 개발할 수 있는 방법

역할과 구현을 분리

역할과 구현으로 구분을 하면 세상이 단순해지고 유연해지며 변경도 편리해진다.

자바 언어의 다형성을 활용
- 역할 : 인터페이스
- 구현 : 인터페이스를 구현할 클래스, 구현 객체
객체를 설계할 때 역할과 구현을 명확히 분리
객체 설계시 역할(인터페이스)을 먼저 부여하고 그 역할을 수행하는 구현 객체 만들기
유연하고 변경이 용이
실세계의 역할과 구현이라는 편리한 컨셉을 다형성을 통해 객체 세상으로 가져올 수 있음
확장 가능한 설계
클라이언트에 영향을 주지 않는 변경이 가능
인터페이스를 안정적으로 잘 설계하는 것이 중요

장점

클라이언트는 대상의 역할(인터페이스)만 알면된다.
클라이언트는 구현 대상의 내부 구조를 몰라도 된다.
클라이언트는 구현 대상의 내부 구조가 변경되어도 영향을 받지 않는다.
클라이언트는 구현 대상 자체를 변경해도 영향을 받지 않는다.

객체의 협력이라는 관계부터 생각

혼자 있는 객체는 없다.
클라이언트: 요청, 서버 : 응답
수 많은 객체 클라이언트와 객체 서버는 서로 협력 관계를 가진다.

스프링 부트의 장점

라이브러리 관리 자동화
기존에도 자바 프로젝트는 maven이나 gradle을 이용해서 라이브러리 의존성을 관리해왔다. 하지만 스프링 부트는 스타터(Starter)라는 것을 이용해 특정 기능에 필요한 라이브러리 의존성을 더욱 간단히 처리할 수 있다.

스타터

설정의 자동화
스프링 부트에서는 프로젝트에 추가된 라이브러리를 기반으로 실행에 필요한 환경을 자동으로 설정해준다. 예를들어, 화면 개발에 타임리프를 이용하기 위해서 라이브러리들을 추가하면 스프링 부트가 이 라이브러리들을 인지해서 관련된 스프링 설정을 자동으로 처리해주는 것이다. 따라서 개발자들은 복잡한 타임리프 설정을 하지 않고도 바로 화면 개발에 들어갈 수있다.
라이브러리 버전 자동 관리
스프링을 사용하여 개발할 때 가장 신경쓰이는 것이 라이브러리와 버전관리다. 스프링 부트를 사용하면 스프링 부트 버전에 해당하는 스프링 라이브러리뿐만 아니라 서드파티 라이브러리들도 호환되는 버전으로 다운로드해준다.
테스트 환경과 내장 톰캣
스프링 부트로 생성한 프로젝트에는 JUnit을 비롯한 테스트 관련 라이브러리들이 기본적으로 포함되어 있다. 따라서 컨트롤러를 비롯한 다양한 계층의 클래스들에 대해서 테스트 케이스를 쉽게 작성할 수 있다. 그리고 톰캣 서버를 내장하고 있어서 빠르게 실행 결과를 볼 수 있다.
독립적으로 실행 가능한 JAR
애플리케이션을 개발하고 테스트까지 마쳤으면 애플리케이션을 실제 운영 서버에 배포하기 위해서는 패키징을 해줘야 한다. 프로젝트가 일반 자바 프로젝트면 간단하게 JAR파일로 패키징하면 되지만 웹 프로젝트라면 WAR파일로 패키징 해야 한다. 하지만 스프링 부트는 독립적으로 실행 가능한 애플리케이션을 빠르게 개발하는 것을 목표로 하기 때문에 웹 애플리케이션도 WAR이 아닌 JAR파일로 패키징하여 사용할 수 있다.

Maven방식과 Gradle 방식이 있는데, maven 방식으로 하면 pom.xml이 생기고 gradle 방식으로 하면 build.gradle이란 파일이 생성됩니다.

간단하게 maven 방식을 보자면 다음과 같습니다.

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<project xmlns="http://maven.apache.org/POM/4.0.0" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
	xsi:schemaLocation="http://maven.apache.org/POM/4.0.0 https://maven.apache.org/xsd/maven-4.0.0.xsd">
	<modelVersion>4.0.0</modelVersion>
	<parent>
		<groupId>org.springframework.boot</groupId>
		<artifactId>spring-boot-starter-parent</artifactId>
		<version>2.7.7</version>
		<relativePath/> <!-- lookup parent from repository -->
	</parent>
	<groupId>com.example</groupId>
	<artifactId>book</artifactId>
	<version>0.0.1-SNAPSHOT</version>
	<name>book</name>
	<description>book</description>
	<properties>
		<java.version>11</java.version>
	</properties>
	<dependencies>
		<dependency>
			<groupId>org.springframework.boot</groupId>
			<artifactId>spring-boot-starter-thymeleaf</artifactId>
		</dependency>
		<dependency>
			<groupId>org.springframework.boot</groupId>
			<artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>
		</dependency>

		<dependency>
			<groupId>org.projectlombok</groupId>
			<artifactId>lombok</artifactId>
			<optional>true</optional>
		</dependency>
		<dependency>
			<groupId>org.springframework.boot</groupId>
			<artifactId>spring-boot-starter-test</artifactId>
			<scope>test</scope>
		</dependency>
	</dependencies>

	<build>
		<plugins>
			<plugin>
				<groupId>org.springframework.boot</groupId>
				<artifactId>spring-boot-maven-plugin</artifactId>
				<configuration>
					<excludes>
						<exclude>
							<groupId>org.projectlombok</groupId>
							<artifactId>lombok</artifactId>
						</exclude>
					</excludes>
				</configuration>
			</plugin>
		</plugins>
	</build>

</project>

pom.xml 파일에서 가장 중요한 설정은 의존관계에 해당하는 <dependenciees> 설정이다. 여기에 보면 spring-boot-starter-xxx형태의 의존관계 두 개가 추가되어 있는데 이 설정들을 간단하게 확인해보면 다음과 같다.

모듈(스타터)	설명
spring-boot-starter-web	웹 애플리케이션 개발에 필요한 스프링 MVC관련 라이브러리
spring-boot-starter-test	JUint을 비롯한 테스트 관련 라이브러리

스프링 부트로 만든 애플리케이션을 실행하기 위해서는 메인 클래스를 작성해야 한다. 하지만 이미 src/main/java 소스 폴더에 다음과 같이 [프로젝트 이름 + Application.java] 형태로 메인 클래스가 작성되어 있는데 이 파일이 main() 메소드를 가진 실행 파일이다. 따라서 별도로 메인 클래스를 작성하지 않고 이 프로그램을 실행하면 된다.

스프링 부트로 만든 애플리케이션은 일반 자바 어플리케이션으로 실행할 수도 있고 웹 애플리케이션으로 실행할 수도 있다. 만약 기본적으로 제공되는 메인 클래스를 현재 상태로 실행하면 웹 애플리케이션으로 실행된다. 따라서 내장 톰캣이 구동되고 브라우저에서 전송한 요청을 처리할 수 있다. 하지만 코드를 약간 수정하여 일반 자바 애플리케이션으로 실행하면 내장 톰캣은 구동하지 않는다.

한번 실습을 통해 확인해보자!

1) 웹 애플리케이션으로 실행하기

package com.example.book;

import org.springframework.boot.SpringApplication;
import org.springframework.boot.autoconfigure.SpringBootApplication;

@SpringBootApplication
public class BookApplication {

	public static void main(String[] args) {
		SpringApplication.run(BookApplication.class, args);
	}

}

소스 코드를 살펴보면 우선 클래스 위에 @SpringBootApplication이 설정되어 있다. 이는 이 클래스가 스프링 부트로 만든 애플리케이션의 시작 클래스임을 의미한다. 그리고 유일하게 구현된 main() 메소드는 SpringApplication 객체의 run() 메소드를 정적(static) 메소드 호출 방식으로 호출한다.

파일을 클릭하고 실행한다면 다음과 같은 것이 콘솔창에 뜬다.

여기서 궁금증이 생길 수 있다. 톰캣관련된 아무런 설정을 하지 않았는데 서버가 어떻게 돌아가는 것일까?

스프링 부트 프로젝트를 만들 때. Web 스타터를 추가햇다. 그러면 스프링 부트가 웹 프로젝트 환경에 최적화된 라이브러리들을 등록해준다. 이때 톰캣 라이브러리도 같이 다운로드되었으며, 애플리케이션 실행 시 이 내장 톰캣이 구동된 것이다.

2) 자바 애플리케이션으로 실행하기

만약 현재 프로그램을 웹 애플리케이션이 아니라 일반 자바 애플리케이션으로 실행하고자 한다면 클래스를 수정하고 다시 실행해야 한다.

스프링 프레임워크 vs 스프링 부트

필요한 모듈들을 추가하다 보면 설정이 복잡해지는 문제가 발생합니다. 이를 해결하기 위해서 등장한 것이 스프링 부트입입니다. 별도의 복잡한 설정을 하지 않아도 스프링 부트를 사용하면 개발이 쉬워집니다. 이어서 스프링 프레임워크와 비교했을 때 스프링 부트가 가진 특징을 알아보겠습니다.

의존성 관리

스프링에서는 개발에 필요한 각 모듈의 의존성을 직접 설정했습니다. 또 호환되는 버전을 명시해야 정상적으로 작동합니다. 애플리케이션에서 사용하는 스프링 프레임워크나 라이브러리 버전을 올리는 상황에서는 연관된 다른 라이브러리 버전까지 고려해야 합니다.

하지만 부트에서는 이 같은 불편함을 해소하기 위해 spring-boot-starter라는 의존성을 제공합니다. spring-boot-starter의 의존성은 여러 종류가 있고, 각 라이브러리의 기능과 관련해서 자주 사용되고 서로 호환되는 버전의 모듈 조합을 제공합니다. 이를 통해 개발자는 라이브러리 호환 문제를 해결할 수 있습니다. 이를 통해 개발자는 라이브러리 호환 문제를 해결할 수 있습니다. 밑의 그림이 starter 모듈 중 spring-boot-starter-web이 제공하는 의존성 호환 조합의 일부입니다.

spring-boot-starter의 여러 라이브러리를 함께 사용할 때는 의존성이 겹칠 수 있습니다. 이로 인해 버전 충돌이 발생할 수 있는데, 의존성 조합 충돌 문제가 없도록 spring-boot-starter-parent가 검증된 조합을 제공합니다.

자동 설정

스프링 부트는 스프링 프레임워크의 기능을 사용하기 위한 자동 설정(Auto Configuration)을 지원합니다. 자동 설정은 애플리케이션에 추가된 라이브러리를 실행하는데 필요한 환경 설정을 알아서 찾아줍니다. 즉, 애플리케이션을 개발하는데 필요한 의존성을 추가하면 프레임워크가 이를 자동으로 관리해줍니다.

여기서 살표볼 것은 `@SpringBootAppication 어노테이션 입니다. 이 어노테이션은 여러 어노테이션을 합쳐 놓은 인터페이스지만 기능 위주로 보면 크게 다음 3개의 어노테이션을 합쳐 놓은 구성입니다.

@SpringBootConfiguration
@EnableAutoConfiguration
@ComponentScan

스프링 부트 애플리케이션이 실행되면 우선 @ComponentScan 어노테이션이 @Component 시리즈 어노테이션이 붙은 클래스를 발견해 빈(bean)을 등록합니다. 이후 @EnableAutoConfiguration 어노테이션을 통해 spring-boot-autoconfigure 패키지안에 spring.factories 파일을 추가해 다양한 자동 설정이 일부 조건을 거쳐 적용됩니다.

@Component 시리즈 어노테이션에서 시리즈는 @Component 어노테이션이 어노테이션들을 통칭하기 위해 사용한 표현입니다. 이러한 @Component 시리즈 어노테이션의 대표적인 예는 다음과 같습니다.

@Controller

@RestController

@Service

@Repository

@Configuration

내장 WAS

스프링 부트의 각 웹 애플리케이션에는 내장 WAS(Web Application Server)가 존재합니다. 웹 애플리케이션을 개발할 때 가장 기본이 되는 의존성인 spring-boot-starter-web의 경우 다음과 같이 톰캣을 내장합니다.

스프링 부트의 자동 설정 기능은 톰캣에도 적용되므로 특별한 설정 없이도 톰캣을 실행할 수 있습니다. 필요에 따라서는 톰캣이 아닌 다른 웹 서버로 대체할 수도 있습니다.

모니터링

개발이 끝나고 서비스를 운영하는 시기에는 해당 시스템이 사용하는 스레드, 메모리, 세션 등의 주요 요소들을 모니터링 해야 합니다. 스프링 부트에서는 스프링 부트 액추에이터(Spring Boot Actuator)라는 자체 모니터링 도구가 있습니다.

스프링 부트의 동작 방식

스프링 부트에서 spring-boot-starter-web 모듈을 사용하면 기본적으로 톰캣(Tomcat)을 사용하는 스프링 MVC 구조를 기반으로 동작합니다. 다음 이미지는 일반적인 웹 요청이 들어왔을 때의 스프링 부트의 동작 구조입니다.

서블릿은 클라이언트의 요청을 처리하고 결과를 반환하는 자바 웹 프로그래밍 기술입니다. 일반적으로 서블릿은 서블릿 컨테이너에서 관리합니다. 서블릿 컨테이너는 서블릿 인스턴스를 생성하고 관리하는 역할을 수행하는 주체로서 톰캣은 WAS의 역할과 서블릿 컨테이너의 역할을 수행하는 대표적인 컨테이너입니다.

컨테이너의 특징

서블릿 객체를 생성, 초기화, 호출, 종료하는 생명주기를 관리합니다.

서블릿 객체는 싱글톤 패턴으로 관리됩니다.

멀티 스레딩을 지원합니다.

스프링에서는 DispatcherServlet이 서블릿의 역할을 수행합니다. 일반적으로 스프링은 톰캣을 임베드해 사용합니다. 그렇기 때문에 서블릿 컨테이너와 DispatcherServlet은 자동 설정된 web.xml의 설정값을 공유합니다.

외부 프로퍼티 사용하기

지금까지 스프링 애플리케이션을 실행할 때 SpringAppliacation의 WebApplicationType을 servlet이나 none으로 변경하여 실행했다. 그런데 할때마다 매번 xxxApplication 소스를 수정하여 WebApplicationType을 변경해야 한다면 번거로울 수밖에 없다. 이를 좀 더 쉽게 하자면 외부 프로퍼티를 사용하면 된다.

src/main/resources 소스 폴더에 application.properties라는 프로퍼티 파일이 있다. 이 프로퍼티 파일은 전체 프로젝트의 프로퍼티 정보를 관리하는 설정 파일이다. 따라서 이 파일에 필요한 프로퍼티들을 등록하면 복잡한 자바 코드를 수정하지 않고도 애플리케이션 동작을 변경할 수있다.

요약하자면, 위에서 자바 코드를 수정해서 웹 애플리케이션으로 실행할지 자바 형식으로 할지 정해줬는데 여기에 등록하면 그렇게 수정할 필요가 없는 것이다.

properties 설정이 우선순위가 높은데 아무리 xxxApplication 클래스에서 WebApplicationType을 servlet으로 설정을 해놔도 properties에서 none으로 하면 자바 애플리케이션으로 실행이 된다.

스프링과 객체 지향

다형성이 중요하다.
스프링은 다형성을 극대화해서 이용할 수 있게 도와준다.
스프링에서 이야기하는 제어의 역전(IoC), 의존관계 주입(DI)은 다형성을 활용해서 역할과 구현을 편리하게 다룰 수 있도록 지원한다.
스프링을 사용함으로써 마치 레고 블록 조립하듯이 구현을 편리하게 변경할 수 있다.

좋은 객체 지향 설계의 5가지 원칙(SOLID)

클린코드로 유명한 로버트 마틴이 좋은 객체 지향 설계의 5가지 원칙을 정리

SRP : 단일 책임 원칙(Single Responsibility Principle)
OCP : 개방 폐쇄 원칙(Open/Closed Principle)
LSP : 리스코프 치환 원칙(Liskov Substitution Principle)
ISP : 인터페이스 분리 원칙(Interface Segregation Principle)
DIP : 의존관계 역전 원칙(Dependency Inversion Principle)

SRP 단일책임 원칙

한 클래스는 하나의 책임만 가져야 한다.
하나의 책임라는 것은 모호하다.
- 클 수 있고 작을 수 있다.
- 문맥과 상황에 따라 다르다.
중요한 기준은 변경이다. 변경이 있을 때 파급 효과가 적으면 단일 책임 원칙에 따른 것

ex) UI 변경, 객체의 생성과 사용을 분리

위처럼 남자라는 것을 각 역할에 맞게 잘 분리하면 역할과 책임이 알맞게 잘 분리된 것을 볼 수 있습니다.

OCP : 개방 폐쇄 원칙

소프트웨어 요소는 확장에는 열려 있으나 변경에는 닫혀 있어야 한다.
다형성을 활용
인터페이스를 구현한 새로운 클래스를 하나 만들어서 새로운 기능을 구현

이렇게 상위 클래스 또는 인터페이스를 중간에 둠으로써 다양한 자동차가 생긴다고 해도 객체 지향 세계의 운전자는 운전 습관에 영향을 받지 않게 됩니다. 다양한 자동차가 생긴다고 하는 것은 자동차 입장에서는 자신의 확장에는 개방되어 있는 것이고, 운전자 입장에서는 주변의 변화에 폐쇄돼 있는 것입니다.

가장 좋은 예는 JDBC입니다. 데이터베이스가 MySQL에서 오라클로 바뀌더라도 Connection을 설정하는 부분만 변경해주면 됩니다. 즉, 자바 애플리케이션은 데이터베이스라고 하는 주변의 변화에 닫혀 있는 것입니다. 데이터베이스를 교체한다는 것은 데이터베이스가 자신의 확장에는 열려 있다는 것입니다.

개방 폐쇠 원칙을 무시하고 프로그램을 작성하면 객체지향 프로그래밍의 가장 큰 장점인 유연성, 재사용성, 유지보수성 등을 얻을 수 없습니다. 따라서 객체지향 프로그래밍에서 개방 폐쇄 원칙은 반드시 지켜야 할 원칙입니다.

LSP : 리스코프 치환 원칙

프로그램의 객체는 프로그램의 정확성을 깨뜨리지 않으면서 하위 타입의 인스턴스로 바꿀 수 있어야 한다.
다형성에서 하위 클래스는 인터페이스 규약을 다 지켜야 한다는 것, 다형성을 지원하기 위한 원칙, 인터페이스를 구현한 구현체는 믿고 사용하려면 이 원칙이 필요하다.
단순히 컴파일에 성공하는 것을 넘어서는 이야기
예시) 자동차 인터페이스의 엑셀은 앞으로 가라는 기능 , 뒤로 가게 구현한다면 LSP 위반, 느리더라도 앞으로 가야함

ISP : 인터페이스 분리 원칙

특정 클라이언트를 위한 인터페이스 여러 개가 범용 인터페이스 하나보다 낫다
자동차 인터페이스

→ 운전 인터페이스, 정비 인터페이스 분리
사용자 클라이언트

→ 운전자 클라이언트, 정비사 클라이언트로 분리
분리하면 정비 인터페이스 자체가 변해도 운전자 클라이언트에 영향을 주지 않음
인터페이스가 명확해지고 대체 가능성이 높아진다.

DIP : 의존관계 역전 원칙

프로그래머는 추상화해 의존해야지 구체화해 의존하면 안된다. 의존성 주입은 이 원칙을 따르는 방법 중 하나이다.
쉽게 이야기해서 구현 클래스에 의존하지 말고, 인터페이스에 의존하라는 뜻
앞에서 이야기한 역할(Role)에 의존하게 해야 한다는 것과 같다. 객체 세상도 클라이언트가 인터페이스에 의존해야 유연하게 구현체를 변경할 수 있다. 구현체에 의존하게 되면 변경이 아주 어려워진다.

유요한

발전하기 위한 공부

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