스프링 MVC 1일차_웹 애플리케이션 이해

# 웹 애플리케이션 이해

## 웹 서버, 웹 애플리케이션 서버

• 웹 - HTTP 프로토콜을 기반으로 통신.
• HTTP 메시지에 모든 것을 전송.

HTML, TEXT

IMAGE, 음성, 영상, 파일

JSON, XML (API)

거의 모든 형태의 데이터 전송 가능

서버간에 데이터를 주고 받을 때도 대부분 HTTP 사용

1. 웹 서버 (Web Server)

HTTP 기반으로 동작

정적 리소스 제공, 기타 부가기능

정적(파일) HTML, CSS, JS, 이미지, 영상

Web Server 예) NGINX, APACHE

2. 웹 애플리케이션 서버 (WAS : Web Application Server)

• HTTP 기반으로 동작
• 웹 서버 기능 포함+ (정적 리소스 제공 가능)
• 프로그램 코드를 실행해서 애플리케이션 로직 수행 (동적 HTML, HTTP API(JSON)  / 서블릿, JSP, 스프링 MVC)
• WAS 예) 톰캣(Tomcat) Jetty, Undertow

웹 서버와 웹 애플리케이션 서버의 차이점.

• 웹 서버는 정적 리소스(파일), WAS는 애플리케이션 로직
• 웹 서버와 웹 애플리케이션 서버의 용어 및 경계가 모호함 (웹 서버도 프로그램을 실행하는 기능을 포함하기도 함 / 웹 애플리케이션 서버도 웹 서버의 기능을 제공함)
• 자바는 서블릿 컨테이너 기능을 제공하면 WAS
• 서블릿 없이 자바코드를 실행하는 서버 프레임워크도 있음
• WAS는 애플리케이션 코드를 실행하는데 더 특화

웹 시스템 구성 (WAS, DB)

• WAS (정적 리소스, 애플리케이션 로직을 모두 제공 가능), DB 만으로 시스템 구성이 가능하다.
• 이렇게 되면 WAS가 너무 많은 역할을 담당하여 서버 과부하가 우려된다.
• 가장 비싼 애플리케이션 로직이 정적 리소스 때문에 수행이 어려울 수 있다.
• WAS 장애 시 오류 화면 노출이 불가능하다. (WAS는 생각보다 잘 죽음.)

웹 시스템 구성 (WEB, WAS, DB) -> 일반적으로 해당 방식으로 많이 구성.

• 웹 서버는 정적 리소스 처리, 애플리케이션 로직같은 동적 처리 필요 시 WAS에 요청을 위임.
• WAS는 중요한 애플리케이션 로직 처리를 전담한다.
• 효율적인 리소스 관리. (정적 리소스가 많이 사용되면 Web 서버 증설 / 애플리케이션 리소스가 많이 사용되면 WAS 증설)
• 정적 리소스만 제공하는 웹 서버는 잘 죽지 않게 됨.
• 애플리케이션 로직이 동작하는 WAS 서버는 잘 죽음.
• WAS, DB 장애 시 WEB 서버가 오류 화면 (오류 화면 HTML) 제공 가능.

## 서블릿

HTML Form 데이터 전송 시.

POST 전송 - 저장

POST /save HTTP/1.1
Host: localhost:8080
Content-Type: application/x-www-form-urlencoded
username=kim&age=20

이때 서버에서 처리해야 하는 업무.

웹 애플리케이션 서버 직접 구현.

• 수많은 단계를 걸친 후, 의미있는 비즈니스 로직 실행 및 데이터베이스에 저장 요청 등 진행.

서블릿을 지원하는 WAS 사용.

• 서블릿은 수많은 단계를 다 지원 해줌. (의미있는 비즈니스 로직 실행 및 데이터베이스에 저장 요청 등 진행 제외 나머지를 다 지원해준다.)

서블릿의 특징.

@WebServlet(name = "helloServlet", urlPatterns = "/hello")
public class HelloServlet extends HttpServlet {
 @Override
 protected void service(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response){
 //애플리케이션 로직
 }
}

• urlPatterns(/hello)의 URL이 호출되면 서블릿 코드가 실행
• HTTP 요청 정보를 편리하게 사용할 수 있는 HttpServletRequest / HTTP 응답 정보를 편리하게 제공할 수 있는 HttpServletResponse
• 개발자는 HTTP 스펙을 매우 편리하게 사용.

서블릿

• HTTP 요청 시

WAS는 Request, Response 객체를 새로 만들어서 서블릿 객체 호출

개발자는 Request 객체에서 HTTP 요청 정보를 편리하게 꺼내서 사용

개발자는 Response 객체에 HTTP 응답 정보를 편리하게 입력

WAS는 Response 객체에 담겨있는 내용으로 HTTP 응답 정보를 생성

서블릿 컨테이너

• 톰캣처럼 서블릿을 지원하는 WAS를 서블릿 컨테이너라고 함
• 서블릿 컨테이너는 서블릿 객체를 생성, 초기화, 호출, 종료하는 생명주기 관리
• 서블릿 객체는 싱글톤으로 관리

고객의 요청이 올 때 마다 계속 객체를 생성하는 것은 비효율, 최초 로딩 시점에 서블릿 객체를 미리 만들어두고 재활용

모든 고객 요청은 동일한 서블릿 객체 인스턴스에 접근

공유 변수 사용 주의

서블릿 컨테이너 종료시 함께 종료

• JSP도 서블릿으로 변환 되어서 사용
• 동시 요청을 위한 멀티 쓰레드 처리 지원

## 동시 요청_멀티 쓰레드 (백엔드 개발자에게 정말 중요!!!!!!!!!!!!)

쓰레드

• 애플리케이션 코드를 하나하나 순차적으로 실행하는 것
• 자바 메인 메서드를 처음 실행하면 main이라는 이름의 쓰레드 실행
• 쓰레드가 없다면 자바 애플리케이션 실행이 불가능
• 쓰레드는 한번에 하나의 코드 라인만 수행
• 동시 처리 필요 시 쓰레드를 추가로 생성

단일 요청 - 쓰레드 하나 사용.

• 요청 > 쓰레드 할당 > 해당 쓰레드로 서블릿 코드 실행, 응답

다중 요청 - 쓰레드 하나 사용.

• 요청 > 쓰레드 할당 > 서블릿 처리 지연. 이때 추가로 다른 요청이 들어올 경우. > 둘다 죽음. (타임아웃, 오류 등)
• 해결방법 : 요청 마다 쓰레드 생성.  

요청 마다 쓰레드 생성 장단점.

• 장점

동시 요청을 처리할 수 있다.

리소스(CPU, 메모리)가 허용할 때까지 처리가능

하나의 쓰레드가 지연 되어도, 나머지 쓰레드는 정상 동작한다.

• 단점

쓰레드는 생성 비용은 매우 비싸다. 

고객의 요청이 올 때 마다 쓰레드를 생성하면, 응답 속도가 늦어진다.

쓰레드는 컨텍스트 스위칭 비용이 발생한다. (쓰레드 전환 시 드는 비용)

쓰레드 생성에 제한이 없다. (무수한 고객 요청 시, 쓰레드 계속 생성으로 인해 서버 다운 등 문제 발생)

고객 요청이 너무 많이 오면, CPU, 메모리 임계점을 넘어서 서버가 죽을 수 있다.

쓰레드 풀

• 요청 마다 쓰레드 생성 단점 보완.
• 필요한 쓰레드를 쓰레드 풀에 보관하고 관리한다.
• 쓰레드 풀에 생성 가능한 쓰레드의 최대치를 관리한다. 톰캣은 최대 200개 기본 설정 (변경 가능)
• 쓰레드가 필요하면, 이미 생성되어 있는 쓰레드를 쓰레드 풀에서 꺼내서 사용.
• 사용을 종료하면 쓰레드 풀에 해당 쓰레드를 반납.
• 최대 쓰레드가 모두 사용중이어서 쓰레드 풀에 쓰레드가 없다면, 기다리는 요청은 거절하거나 특정 숫자만큼만 대기하도록 설정할 수 있다

쓰레드 풀 장점

• 쓰레드가 미리 생성되어 있으므로, 쓰레드를 생성하고 종료하는 비용(CPU)이 절약되고, 응답 시간이 빠르다.
• 생성 가능한 쓰레드의 최대치가 있으므로 너무 많은 요청이 들어와도 기존 요청은 안전하게 처리할 수 있다.

쓰레드 풀 실무 팁.

WAS의 주요 튜닝 포인트는 최대 쓰레드(max thread) 수.

# 성능 튜닝 관련.
최대 쓰레드 값을 너무 낮게 설정할 경우.
동시 요청이 많으면, 서버 리소스는 여유롭지만, 클라이언트는 금방 응답 지연

최대 쓰레드 값을 너무 높게 설정할 경우.
동시 요청이 많으면, CPU, 메모리 리소스 임계점 초과로 서버 다운

# 장애 발생 시
클라우드면 일단 서버부터 늘리고, 이후에 튜닝
클라우드가 아니면 열심히 튜닝

쓰레드 풀의 적정 숫자를 찾아야 한다.

애플리케이션 로직의 복잡도, CPU, 메모리, IO 리소스 상황에 따라 모두 다름

성능 테스트 진행.(최대한 실제 서비스와 유사하게 성능 테스트 시도 / 툴: 아파치 ab, 제이미터, nGrinder)

핵심

• WAS의 멀티 쓰레드 지원. (멀티 쓰레드에 대한 부분은 WAS가 처리)
• 개발자가 멀티 쓰레드 관련 코드를 신경쓰지 않아도 됨,  개발자는 마치 싱글 쓰레드 프로그래밍을 하듯이 편리하게 소스 코드를 개발 , 멀티 쓰레드 환경이므로 싱글톤 객체(서블릿, 스프링 빈)는 주의해서 사용.

## HTML, HTTP API, CSR, SSR

정적 리소스

• 고정된 HTML 파일, CSS, JS, 이미지, 영상 등을 제공.
• 주로 웹 브라우저.

HTML 페이지

• 동적으로 필요한 HTML 파일을 생성해서 전달.
• 웨 브라우저 : HTML 해석.

HTTP API

• HTML이 아니라 데이터를 전달
• 주로 JSON 형식 사용
• 다양한 시스템에서 호출.
• 데이터만 주고 받음, UI 화면이 필요한면 클라이언트가 별도 처리.
• 앱 클라이언트(아이폰, 안드로이드, PC 앱 등), 웹 클라이언트, 서버 to 서버
• HTTP API 다양한 시스템 연동.

주로 JSON 형태로 데이터 통신

UI 클라이언트 접점
	- 앱 클라이언트(아이폰, 안드로이드, PC 앱)
	- 웹 브라우저에서 자바스크립트를 통한 HTTP API 호출
	- React, Vue.js 같은 웹 클라이언트

서버 to 서버
	- 주문 서버 -> 결제 서버
	- 기업간 데이터 통신

• 백엔드 개발자는 서비스 제공 시 정적 리소스, HTML 페이지, HTTP API 제공을 어떻게 할지 고민 해야 한다.

SSR - 서버 사이드 렌더링

• 서버에서 최종 HTML을 생성해서 클라이언트에 전달.
• HTML 최종 결과를 서버에서 만들어 웹 브라우저에 전달.
• 주로 정적 화면에 사용.
• 관련기술 : JSP, 타임리프 -> 백엔드 개발자

CSR - 클라이언트 사이드 렌더링

• HTML 결과를 자바스크립트를 사용해 웹 브라우저에서 동적으로 생성해서 적용
• 주로 동적인 화면에 사용, 웹 환경을 마치 앱 처럼 필요한 부분부분 변경할 수 있음
• 예) 구글 지도, Gmail, 구글 캘린더
• 관련기술: React, Vue.js -> 웹 프론트엔드 개발자

참고.

• React, Vue.js를 CSR + SSR 동시에 지원하는 웹 프레임워크 존재.
• SSR을 사용하더라도, 자바스크립트를 사용해서 화면 일부를 동적으로 변경 가능

어디까지 알아야할지 (백엔드 / 프론트엔드)

백엔드 - 서버 사이드 렌더딩 기술

• JSP, 타임리프
• 화면이 정적이고, 복잡하지 않을 때 사용.
• 백엔드 개발자는 서버 사이드 렌더링 기술 학습 필수.

웹 프론트엔드 - 클라이언트 사이드 렌더링 기술

• React, Vue.js
• 복잡하고 동적인 UI 사용
• 웹 프론트엔드 개발자의 전문 분야

정리.

• 백엔드 개발자 : 서버, DB, 인프라 등 수 많은 백엔드 기술을 공부. (웹 프론트엔드 기술 학습은 옵션)
• 웹 프론트엔드 : 깊이있게 잘 하려면 숙련에 오랜 시간 필요.

## 자바 백엔드 웹 기술의 역사

• 서블릿 - 1997 : HTML 동적 생성 어려움.
• JSP - 1999 : HTML 생성 편리하지만, 비즈니스 로직까지 너무 많은 역할 담당
• 서블릿, JSP 조합 MVC 패턴 사용 : 모델, 뷰, 컨트롤러로 역할 나누어 개발.
• MVC 프레임워크 춘추 전국 시대 - 2000년 초 ~ 2010년 초 : MVC 패턴 자동화, 복잡한 웹 기술을 편리하게 사용할 수 있는 다양한 기능 지원, 스트럿츠, 웹워크, 스프링 MVC(과거 버전)
• 애노테이션 기반의 스프링 MVC 등장 : @Controller, MVC 프레임워크의 춘추 전국 시대 마무리 함.
• 스프링 부트 등장 : 스프링 부트는 서버를 내장, 과거 서버에 WAS를 직접 설치하고 소스는 War 파일을 만들어 설치한 WAS에 배포, 스프링 부트는 빌드 결과(Jar)에 WAS 서버 포함 -> 빌드 배포 단순화.

최신 기술 - 스프링 웹 기술의 분화.

• Web Servlet - Spring MVC
• Web Reactive - Spring WebFlux

스프링 웹 플럭스 (WebFlux)

• 비동기 넌 블러킹 처리
• 최소 쓰레드로 최대 성능 - 쓰레드 컨텍스트 스위칭 비용 효율화
• 함수형 스타일로 개발 - 동시처리 코드 효율화
• 서블릿 기술을 사용하지 않음.
• 웹 플럭스는 기술적 난이도 매우 높음
• RDB (관계형 데이터베이스) 지원 부족
• 일반 MVC의 쓰레드 모델도 충분히 빠르다.
• 실무에서 아직 많이 사용하지는 않음 (전체 1% 이하)

## 자바 뷰 템플릿 역사

• HTML을 편리하게 생성하는 뷰 기능.
• JSP : 속도 느림, 기능 부족
• 프리마커 (Freemarker), 벨로시티 (Velocity) : 속도 문제 해결, 다양한 기능
• 타임리프 (Thymeleaf) : 내추럴 템플릿(HTML의 모양을 유지하면서 뷰 템플릿 적용 가능), 스프링 MVC와 강력한 기능 통합, 최선의 선택 (단, 성능은 프리마커, 벨로시티가 더 빠르다.)