[web] 서블릿(servlet)

2023년 06월 10일

Web Server 와 WAS(Web Application Server)

초기 웹 브라우저는 HTTP 프로토콜을 기반으로 해당 url path 에 맞게 정적인 파일(HTML, CSS, JS, 이미지 등) 만 제공하는 목적이었습니다. 이를 웹 서버라고 합니다. Apache, Nginx 등이 웹 서버의 예시입니다.

반면 WAS 는 웹 서버와는 달리 동적 콘텐츠를 생성하고 제공하는 역할을 합니다. 데이터베이스와의 상호작용, 비즈니스 로직의 실행 등을 할 수 있습니다. WAS는 클라이언트의 요청에 따라 실시간으로 콘텐츠를 생성하고, 이를 웹 서버를 통해 클라이언트에게 전달합니다. Java EE, ASP.NET, PHP 등의 플랫폼에서 동작하는 Tomcat, JBoss, WebLogic 등이 WAS의 예시입니다.

물론 이 두 개념이 분리되어 운용되지 않습니다. 예를 들어 Tomcat 은 기본적으로 HTTP 서버 기능도 가지고 있어서, 웹 서버처럼 정적인 콘텐츠를 제공하는 역할도 수행할 수 있습니다. 이는 Tomcat이 HTTP 요청을 받아서 처리하고 응답을 보낼 수 있기 때문입니다. 따라서 Tomcat은 웹 서버와 WAS의 기능을 모두 가지고 있다고 볼 수 있습니다.

그러나 실제 대규모 프로덕션 환경에서는, 웹 서버(Apache HTTP Server, Nginx 등)와 WAS(Tomcat 등)를 분리하여 운영하는 경우가 많습니다. 이는 각각의 서버가 최적화된 작업을 수행하게 하여 전체 시스템의 성능을 향상시키기 위한 것입니다. 웹 서버는 정적 콘텐츠를 빠르게 제공하고, 동적 콘텐츠가 필요한 경우에만 WAS에 요청을 전달하는 방식으로 작동합니다. 이렇게 하면 WAS는 복잡한 애플리케이션 로직을 처리하는데 집중할 수 있습니다.

톰캣

Apache Tomcat 은 웹 서버 및 자바 서블릿 컨테이너로서, 자바 웹 애플리케이션을 실행하는데 필요한 환경을 제공하는 소프트웨어입니다. 웹 서버의 기능으로는 정적 컨텐츠를 제공하는 역할을 수행하고, 서블릿 컨테이너의 역할로는 자바 코드를 실행하며, HTTP 요청에 따른 동적 컨텐츠를 생성하는 역할을 수행합니다.

톰캣은 Coyote, Catalina, Jasper 로 이루어져있습니다.

Coyote : Tomcat의 HTTP 커넥터 부분으로, 웹 브라우저와 같은 클라이언트로부터의 네트워크 연결을 처리합니다. Coyote 는 HTTP 프로토콜을 이해하고 HTTP 요청을 처리하여, 이를 “Catalina” 컴포넌트가 이해할 수 있는 형태(Request) 로 변환합니다. 그리고 Catalina 로부터의 응답(Response) 을 다시 HTTP 응답으로 변환하여 클라이언트에게 전달합니다.
Catalina : Tomcat의 Servlet 컨테이너 부분입니다. Catalina 는 Servlet과 JSP 페이지를 처리하며, 웹 애플리케이션의 생명주기를 관리합니다. 또한, 클라이언트의 요청을 적절한 웹 애플리케이션으로 라우팅하는 역할도 담당합니다. 이 과정에서는 Coyote 컴포넌트에서 전달받은 요청을 처리하고, 응답을 생성하여 다시 Coyote 컴포넌트로 보냅니다.
Jasper : Tomcat의 JSP 엔진 부분으로, JSP 페이지를 Servlet으로 변환하는 역할을 합니다. 이렇게 변환된 Servlet은 그 후 Catalina 에 의해 처리됩니다. (현재 JSP 는 잘 사용되지 않습니다.)

이러한 톰캣은 스프링부트에서 라이브러리로 내장되어 제공되고 있습니다.

서블릿

서블릿은 동적인 페이지를 생성하는 WAS 서버를 위한 기술입니다. 웹 브라우저에서 요청을 하면 해당 기능을 수행한 후 웹 브라우저에 결과를 전송합니다.

클라이언트가 HTTP 요청을 보냅니다. 이 요청은 먼저 톰캣의 Coyote 컴포넌트로 들어옵니다.
Coyote 컴포넌트는 이 HTTP 요청을 파싱하여 org.apache.coyote.Request 객체와 org.apache.coyote.Response 객체를 생성합니다.
그 다음, org.apache.coyote.Request 객체와 org.apache.coyote.Response 객체는 서블릿 컨테이너인 Catalina 로 전달됩니다.
Catalina는 org.apache.coyote.Request 객체와 org.apache.coyote.Response 객체를 javax.servlet.http.HttpServletRequest 객체와 javax.servlet.http.HttpServletResponse 객체로 변환합니다.
그 후, Catalina는 클라이언트의 요청을 처리할 적절한 서블릿을 찾아 이 HttpServletRequest 객체와 HttpServletResponse 객체를 해당 서블릿에 전달합니다.
이렇게 전달받은 HttpServletRequest 객체와 HttpServletResponse 객체는 서블릿에서 사용되어 클라이언트의 요청을 처리하고, 처리된 결과를 HttpServletResponse 객체에 담아서 클라이언트에게 반환합니다.
클라이언트에게 반환되기 전에 HttpServletResponse 객체는 다시 org.apache.coyote.Response 객체로 변환되어 Coyote 에게 전달되고, Coyote 는 이를 HTTP 응답 형식으로 변환하여 클라이언트에게 반환합니다.

서블릿 구조

서블릿의 구조는 개략적으로 아래와 같이 생겼습니다.

public class MyServlet extends HttpServlet {
	public void init(ServletConfig config) throws ServletException{
		super.init();
	}
	
	public void destroy(){
		super.destroy();
	}
	
	protected void service(HttpServletRequest request, HttpServletReponse response){
		super.service(request, response);
	}
}

서블릿 컨테이너에서 특정 reqeust 를 받으면 해당 요청에 맞는 서블릿을 생성(init) 합니다. 그리고 service 메서드로 HttpServletRequest, HttpServletReponse 받아서 동작합니다.

아래는 실제 HttpServlet 의 service 메서드를 개략적으로 나타낸 것입니다.

public abstract class HttpServlet extends GenericServlet {

	protected void service(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp) throws ServletException, IOException {

        String method = req.getMethod();

        if (method.equals(METHOD_GET)) {
            long lastModified = getLastModified(req);
            if (lastModified == -1) {
                // servlet doesn't support if-modified-since, no reason
                // to go through further expensive logic
                doGet(req, resp);
            } else {
                long ifModifiedSince;
                try {
                    ifModifiedSince = req.getDateHeader(HEADER_IFMODSINCE);
                } catch (IllegalArgumentException iae) {
                    // Invalid date header - proceed as if none was set
                    ifModifiedSince = -1;
                }
                if (ifModifiedSince < (lastModified / 1000 * 1000)) {
                    // If the servlet mod time is later, call doGet()
                    // Round down to the nearest second for a proper compare
                    // A ifModifiedSince of -1 will always be less
                    maybeSetLastModified(resp, lastModified);
                    doGet(req, resp);
                } else {
                    resp.setStatus(HttpServletResponse.SC_NOT_MODIFIED);
                }
            }

        } else if (method.equals(METHOD_HEAD)) {
            long lastModified = getLastModified(req);
            maybeSetLastModified(resp, lastModified);
            doHead(req, resp);

        } else if (method.equals(METHOD_POST)) {
            doPost(req, resp);

        } else if (method.equals(METHOD_PUT)) {
            doPut(req, resp);

        } else if (method.equals(METHOD_DELETE)) {
            doDelete(req, resp);

        } else if (method.equals(METHOD_OPTIONS)) {
            doOptions(req, resp);

        } else if (method.equals(METHOD_TRACE)) {
            doTrace(req, resp);

        } else {
            //
            // Note that this means NO servlet supports whatever
            // method was requested, anywhere on this server.
            //

            String errMsg = Strings.getString("http.method_not_implemented");
            Object[] errArgs = new Object[1];
            errArgs[0] = method;
            errMsg = MessageFormat.format(errMsg, errArgs);

            resp.sendError(HttpServletResponse.SC_NOT_IMPLEMENTED, errMsg);
        }
    }
}

조건문을 통해 method.equals(METHOD_XXX) 로 어떤 메서드 요청인지 확인해서 doXXX(req, resp); 를 호출합니다. 즉 Get 요청이 들어오면 doGet 을 호출하고, Post 요청이 들어오면 doPost 를 호출합니다.

서블릿 등록/호출

서블릿을 등록하는 방법은 그게 두 가지로, web.xml을 이용하는 전통적인 방법과 자바 기반의 구성을 사용하는 스프링 방식이 있습니다.

web.xml

먼저 web.xml 을 간단하게 보겠습니다. 다음과 같이 서블릿을 생성하고 해당 서블릿을 특정 url 에 매핑해줍니다.

<web-app>
    <servlet>
        <servlet-name>myServlet</servlet-name>
        <servlet-class>com.example.MyServlet</servlet-class>
    </servlet>
    
    <servlet-mapping>
        <servlet-name>myServlet</servlet-name>
        <url-pattern>/my</url-pattern>
    </servlet-mapping>
</web-app>

<servlet> 태그를 통해 서블릿 이름과 클래스를 틍록하고, <servlet-mapping> 태그를 통해 url 과 서블릿을 매핑합니다.

그리고 서블릿을 정의해주면 되겠죠. 아래는 MyServlet 클래스입니다.

public class MyServlet extends HttpServlet {
	
	@Override
	protected void doGet(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp) throws IOException {
		 resp.getWriter().println("test");
	}
}

해당 url 로 GET 메서드가 들어오면 test 를 출력합니다.

스프링 방식

스프링 방식으로 서블릿을 등록하는 방법은 2가지가 있는데요. @WebServlet 애노테이션을 사용하는 방식과 프로그래밍 방식이 있습니다. 여기서는 서블릿 등록방법을 알아보는 건 아니니 간단한 @WebServlet 방식만 확인해보겠습니다. 프로그래밍 방식은 스프링 부트 활용 웹 서버와 서블릿 컨테이너 포스팅을 확인해보세요.

@WebServlet(urlPatterns = "/my")
public class MyServlet extends HttpServlet {
    
	@Override
	protected void doGet(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp) throws IOException {
		 resp.getWriter().println("test");
	}
}

xml 형식의 파일이 없고, @WebServlet(urlPatterns = "/my") 을 통해 어느 url 을 사용할지 결정합니다. 해당 url 로 GET 메서드가 들어오면 test 를 출력합니다.

DispatcherServlet

요청마다 servlet 을 정의하면 요청 처리 로직이 분산되고, 공통 로직을 처리하기 어려운 점이 있습니다. 따라서 프론트 컨트롤러 패턴을 구현하기 위해 DispatcherServlet 을 사용합니다. 이 패턴에서 모든 웹 요청은 단일 컨트롤러(여기서는 DispatcherServlet)를 통해 처리되며, 이 컨트롤러는 요청을 적절한 핸들러(컨트롤러 메소드)로 라우팅합니다. 이렇게 하면 요청 처리 로직이 분산되는 것을 방지하고 중앙에서 요청 처리를 조정할 수 있습니다.

간단하게 표현하면 위 그림처럼 표현할 수 있습니다.

또한 DispatcherServlet 을 사용하면 스프링의 IoC(Inversion of Control) 컨테이너와 통합되어, 의존성 주입, 트랜잭션 관리, 보안 등 스프링의 핵심 기능을 사용할 수 있게 됩니다.

위 흐름은 DispatcherServlet 이후 핸들러를 호출하고 로직을 처리해서 View 를 응답해는 SpringMVC 구조입니다. 여기서는 서블릿까지만 알아봤습니다.

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참고

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[EKS] EKS 에서 DNS resolve 에러

[Kafka] 카프카 스트림즈로 집계하기

[Kafka] 도커에서 카프카 접근하기